WO2022080688A1 - 박막 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2022080688A1
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chamber
radicals
thin film
injection holes
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정필성
지상현
김창교
김동식
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에이피시스템 주식회사
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32229—Waveguides

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a thin film, and more particularly, to an apparatus and method for manufacturing a thin film capable of improving the uniformity of a thin film.
  • RTP rapid thermal processing
  • the rapid heat treatment method is a method of heating the substrate by irradiating the substrate with radiation from a heat source such as a tungsten lamp.
  • This rapid heat treatment method can rapidly heat or cool the substrate compared to the existing substrate heat treatment method using a furnace, and it is easy to control the pressure condition or temperature band, so that the heat treatment quality of the substrate can be improved.
  • the thin film manufacturing apparatus to which the rapid heat treatment method is applied includes a chamber that mainly provides a space for processing a substrate, a substrate support that supports the substrate in the chamber, and activates a heat source and process gas that irradiates radiation to the substrate support and supplies it to the chamber It is configured to include a plasma generator for At this time, the heat source and substrate support are respectively installed in the upper and lower parts of the chamber, and the distance between the substrate and the heat source (up and down direction) is short in order to efficiently heat the substrate in the chamber, and a long and wide processing space is formed in the horizontal direction. . Therefore, since it is difficult to install a plasma generator inside the chamber, radicals are generated by using a plasma generator outside the chamber when manufacturing a thin film, and then the radicals are supplied through the sidewall of the chamber.
  • the present invention provides an apparatus and method for manufacturing a thin film capable of improving the uniformity of the thin film.
  • a thin film manufacturing apparatus includes: a chamber forming a processing space of a substrate therein; a substrate support unit connected to the chamber to support a substrate inside the chamber; a heat source connected to the chamber to face the substrate support; and a plasma generator connected to the chamber to supply radicals between the substrate support part and the heat source part at at least two points.
  • the chamber is formed in a hollow shape having a width, a thickness, and a height, the processing space is formed to have a height shorter than a width and a thickness, and at least two pieces are formed to pass through the chamber in a width direction or a thickness direction of the chamber. It may include an injection hole and an exhaust hole formed to pass through the chamber on a side facing the at least two injection holes.
  • the at least two injection holes may be formed at the same height in the height direction of the chamber.
  • the at least two injection holes may be formed parallel to each other, or at least one may be formed inclined in a horizontal direction.
  • the substrate support may be rotatable, and may include a substrate support installed inside the chamber, and a spacing between the injection holes may be shorter than a radius of the substrate support.
  • a guide member formed in the chamber may be included to form a passage communicating with each of the at least two injection holes.
  • the exhaust port may include: a first exhaust port formed to have a separation distance greater than a diameter of the substrate support part; and a second exhaust port formed between the first exhaust port. may include at least one of
  • the plasma generator may include a plurality of plasma generators for generating radicals; and at least two waveguides for respectively connecting the plurality of plasma generators to the at least two injection holes.
  • the plasma generator may include a plasma generator for generating radicals; and a waveguide for connecting the plasma generator to the at least two inlets, wherein the waveguide may include at least two branch pipes for connecting the plasma generator to the at least two inlets.
  • the plasma generator may include a flow rate control member installed on the waveguide.
  • the plasma generator may include a heating member installed in the waveguide.
  • a thin film manufacturing method the process of loading a substrate into a chamber; heating the substrate; the process of generating radicals; supplying radicals parallel to the substrate to one side of the substrate through at least two paths; forming a thin film by bringing the radicals into contact with the substrate; and exhausting residual radicals to the other side of the substrate.
  • the process of supplying the radicals may include a process of supplying radicals at the same height in a direction in which the substrate extends.
  • the process of supplying the radicals may include supplying the radicals from one side of the chamber to the other direction through a first path including a center portion of the substrate and a second path including an edge of the substrate.
  • the process of supplying the radicals may include generating radicals outside the chamber; and transferring the radicals to the chamber, wherein the transferring process may include adjusting a temperature of the radicals.
  • the process of supplying the radicals may include adjusting the flow rates of radicals supplied through at least two paths, respectively.
  • the process of evacuating the residual radicals may include a process of adjusting at least one of a position at which the residual radicals are exhausted and an exhaust amount.
  • the uniformity of the thin film may be improved. That is, by uniformly contacting the substrate with radicals for preparing the thin film, the thin film may be uniformly formed over the entire substrate. In addition, it is possible to minimize deformation of the substrate due to thermal stress in the process of forming the thin film. Therefore, it is possible to improve the process yield and improve productivity.
  • FIG. 1 is a perspective view of an apparatus for manufacturing a thin film according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the thin film manufacturing apparatus taken along the line A-A' shown in Fig. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the thin film manufacturing apparatus taken along the line B-B' shown in FIG.
  • Figure 4 is a view showing a state in which the guide member is installed inside the chamber.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a thin film according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an apparatus for manufacturing a thin film according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the apparatus for manufacturing a thin film taken along line A-A' shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a line shown in FIG. It is a cross-sectional view of the thin film manufacturing apparatus according to B-B'.
  • the thin film manufacturing apparatus includes a chamber 100 forming a processing space of a substrate W therein, and a substrate W inside the chamber 100 .
  • the substrate support part 300 connected to the chamber 100 to support the substrate support part 300
  • the heat source part 200 connected to the chamber 100 to face the substrate support part 300
  • the substrate support part 300 and the heat source at at least two points.
  • a plasma generating unit 400 connected to the chamber 100 to supply radicals between the units 200 may be included.
  • the heat source 200 may be installed in the upper portion of the chamber 100
  • the substrate support 300 may be installed in the lower portion of the chamber 100 .
  • the thin film manufacturing apparatus may include a rapid thermal processing (RTP) apparatus for heating the substrate by irradiating radiation emitted from a heat source to the substrate.
  • RTP rapid thermal processing
  • a direction in which radicals move with respect to the chamber 100 for example, a direction in which the radicals are injected and discharged into the chamber 100 is referred to as a thickness direction, and a direction horizontally crossing the thickness direction is referred to as a width direction.
  • a vertical direction of the chamber 100 is referred to as a height direction.
  • the chamber 100 may include a chamber body 110 having a substantially rectangular frame shape in which upper and lower portions are opened, and a transmission window 120 connected to the upper portion of the chamber body 110 .
  • the chamber body 110 may be integrally manufactured as one body, but may have an assembly body in which several parts are connected or combined. In this case, a sealing means (not shown) is additionally provided at the connection portion between each part. can be provided as Accordingly, it is possible to reduce the energy input into the device when heating or cooling the substrate (W).
  • the chamber body 110 may be provided with a gate 130 for loading and unloading the substrate W, and injection holes 140 ; 142 , 144 for injecting radicals for manufacturing a thin film; and the interior of the chamber 100 .
  • An exhaust port 150 for discharging the gas, manufacturing a thin film, and exhausting residual radicals remaining may be formed.
  • the gate 130 , the inlet 140 , and the exhaust port 150 may be formed in the width direction of the chamber body 110 , and the inlet 140 and the exhaust port 150 may be formed to face each other.
  • the transmission window 120 may be connected to the upper portion of the chamber body 110 to seal the interior of the chamber body 110 .
  • the transmission window 120 may transmit radiation emitted from the heat source of the heat source unit 200 installed on the upper portion of the chamber 100 and may be formed of a transparent material such as quartz or sapphire that can withstand high temperatures.
  • the chamber 100 may be formed in a hollow shape having a width, a thickness, and a height to form a processing space capable of processing the substrate W therein.
  • the chamber 100 is formed to have a height lower than the width and thickness, and may form a longer and wider processing space in the horizontal direction than in the vertical direction.
  • At least two injection holes 140 may be formed in the chamber body 110 .
  • the injection hole 140 may be formed in two or two or more, but an example in which the two injection holes 140 are formed in the chamber body 110 will be described herein.
  • the two injection holes 140 may be formed to be spaced apart from each other at the same height in the height direction of the chamber body 110 . In this case, the two injection holes 140 may be formed to be disposed at least higher than the substrate support 320 .
  • the two injection holes 140 may be formed to have a spacing shorter than the radius of the substrate W or the substrate supporter 320 .
  • one injection hole 142 of the two injection holes 140 may be formed to supply radicals toward the center of the substrate W or the substrate support 320 , and the other injection hole 144 is the substrate W ) or may be formed to face the edge of the substrate support 320 . If the distance between the injection holes 140 is too long, it is difficult to uniformly supply radicals to the inside of the chamber 100 , and thus the uniformity of the thin film formed on the substrate W may be reduced. On the other hand, when the distance between the injection holes 140 is short, the uniformity of the thin film formed on the substrate W can be improved by more uniformly supplying radicals to the inside of the chamber 100 , but the plasma generating unit 400 is provided at the injection hole 140 . ), there is a difficulty in connecting the waveguide 420 of the
  • the two injection holes 140 may be formed side by side with each other. Alternatively, at least one of the two injection holes 140 may be inclined in the horizontal direction. For example, one of the two injection holes 140 may be formed to face the center of the substrate supporter 320 , and the other one may be formed to be inclined toward the outside of the substrate supporter 320 from the edge of the substrate supporter 320 . can Accordingly, since radicals can be diffused in a wider area inside the chamber 100 , the substrate W can sufficiently contact the radicals to further improve the uniformity of the thin film.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the guide member is installed inside the chamber.
  • a guide member 170 for guiding the movement direction of radicals may be formed inside the chamber 100 .
  • the guide member 170 may be formed to extend in a direction in which the injection hole 140 extends between the substrate support 320 and the injection hole 140 .
  • the guide member 170 may form a passage communicating with the injection hole 140 to guide radicals to move in a target direction. Through this, the uniformity of the thin film formed on the substrate W can be more precisely controlled.
  • the guide member 170 may be formed in the shape of a partition wall extending in the vertical direction on both sides of the injection hole 140 , or may be formed in the shape of a pipe inserted into the injection hole 140 .
  • the guide member 170 when the guide member 170 is formed in a partition wall shape, it may be formed to completely block between the injection holes 140:142, 144, or a form to block a portion between the injection holes 140:142, 144 may be formed as That is, the passage formed by the guide member 170 may be formed in a tubular shape or may be formed in a concave groove shape.
  • the passage is formed in a tubular shape having an inner diameter.
  • the guide member 170 may form a passage having the same inner diameter as the inner diameter of the injection hole 140 , or may form a passage having an inner diameter gradually increasing in the direction of the substrate support 320 .
  • the guide member 170 may form a passage having a larger diameter than that of the injection hole 140 , or may form a passage having a smaller diameter than the diameter of the injection hole 140 .
  • passages formed by the guide member 170 may be formed to have different diameters.
  • the passage communicating with the injection hole 142 for supplying radicals toward the center of the substrate support 320 may be formed to have a larger diameter than the passage communicating with the injection hole 144 for supplying radicals toward the edge of the substrate support 320.
  • the passage communicating with the injection hole 142 for supplying radicals toward the center of the substrate support 320 may be formed to have a smaller diameter than the passage communicating with the injection hole 144 for supplying radicals toward the edge of the substrate support 320.
  • two injection holes 142 and 144 are formed in the chamber body 110 , and a guide member 17 is formed inside the chamber body 110 to guide the movement direction of the radicals.
  • a slit-shaped injection hole may be formed in the chamber body, and two waveguides may be connected to the injection hole.
  • a guide member may be formed inside the chamber body to guide the movement direction of radicals injected into each waveguide. In this case, the guide member may be formed to have an increasing width toward the substrate support 320 so that radicals are sufficiently diffused over the entire substrate W.
  • the exhaust port 150 may be formed to pass through the chamber body 110 on the side facing the injection port 140 .
  • the exhaust port 150 may be formed to face the injection hole 140 so that radicals flow while uniformly contacting the surface of the substrate W inside the chamber 100 .
  • the exhaust port 150 is connected to an exhaust line (not shown) in which a pump (not shown) is installed, exhausts gas and radicals inside the chamber 100, and also performs pressure control such as vacuum formation in the chamber 100.
  • This exhaust port 150 is a pair of first exhaust holes (152a, 152b) formed to have a spacing greater than the diameter of the substrate supporter 320, and one second formed between the first exhaust holes (152a, 152b). At least one of the exhaust ports 154 may be included.
  • first exhaust ports 152a and 152b may be formed in the chamber 100 , or only the second exhaust ports 154 may be formed in the chamber 100 .
  • both the first exhaust ports 152a and 152b and the second exhaust ports 154 may be formed in the chamber 100 .
  • radicals injected into the chamber 100 are more uniformly diffused throughout the interior of the chamber 100 to uniformly contact the entire substrate W, the uniformity of the thin film formed on the substrate W is further improved. can do it
  • first exhaust ports 152a and 152b and the second exhaust ports 154 may be connected to different exhaust lines.
  • an exhaust amount adjusting member (not shown) capable of adjusting the exhaust amount in each exhaust line, the amount of radicals or gases discharged through each of the first exhaust ports 152a and 152b and the second exhaust port 154 can be adjusted.
  • the heat source 200 may be installed on the upper portion of the chamber 100 to heat the substrate W loaded into the chamber 100 .
  • the heat source 200 may include a hollow support 210 having an open lower portion, and a heat source 220 installed inside the support 210 .
  • the support 210 may be formed to have an area similar to that of the chamber 100 or the processing space inside the chamber 100 , and the lower portion may be opened so that the radiated light emitted from the heat source 220 can proceed toward the chamber 100 .
  • a concave-convex structure such as a concave groove or the like may be formed on the support 210 to reflect the radiation light emitted from the heat source 220 toward the chamber 100 , or a reflective film (not shown) may be formed.
  • the support 210 may include a flow path (not shown) through which a cooling medium may circulate to prevent overheating by radiation emitted from the heat source 220 .
  • the heat source 220 may include a lamp capable of emitting radiation, such as a tungsten halogen lamp, a carbon lamp, and a ruby lamp, and may be formed in various shapes such as a linear shape or a bulb shape.
  • a lamp capable of emitting radiation such as a tungsten halogen lamp, a carbon lamp, and a ruby lamp
  • the substrate support unit 300 may be installed at a lower portion of the chamber 100 to face the heat source unit 200 .
  • the substrate support unit 300 may include a substrate supporter 320 capable of supporting the substrate W thereon, and a driver 330 for rotating the substrate supporter 320 .
  • the substrate support unit 300 may further include a lift member 340 for moving the substrate W in the vertical direction, a temperature measuring device (not shown) for measuring the temperature of the substrate W, and the like.
  • the substrate support unit 300 may include a separate housing 310 and be coupled to the lower portion of the chamber 100 to seal the inside of the chamber 100 .
  • the substrate support 320 may include, for example, an electrostatic chuck or the like so that the substrate W can be seated and supported to adsorb and hold the substrate W by electrostatic force, or the substrate W by vacuum suction or mechanical force. may support The substrate support 320 may be formed in a shape corresponding to the shape of the substrate W, for example, a circular shape, and may be manufactured to be larger than the substrate W.
  • the driver 330 is connected to the lower portion of the substrate support 320 through the rotation shaft 332 , and may rotate the substrate W when the thin film is formed on the substrate W.
  • the plasma generator 400 includes a process gas supply 430 and a plasma generator 410 for generating plasma by receiving power from the outside, and activating the process gas supplied from the process gas supply 430 to generate radicals. and a waveguide 420 for connecting the plasma generator 410 and the chamber 100 to supply radicals into the chamber 100 .
  • the plasma generator 400 may include two plasma generators 410 and two waveguides 420 , and may supply radicals to the two injection holes 140 , respectively.
  • the plasma generating unit 400 may include a flow rate controller (not shown) formed in at least one of the two waveguides 420 to adjust the flow rate of radicals supplied to each inlet 140 .
  • the plasma generator 400 may include a heating member (not shown) for controlling the temperature of the waveguide 420 in order to maintain a constant temperature of radicals supplied from the plasma generator 410 to the chamber 100 .
  • a heating member for controlling the temperature of the waveguide 420 in order to maintain a constant temperature of radicals supplied from the plasma generator 410 to the chamber 100 .
  • the radicals generated by the plasma generator 410 may move along the waveguide 420 to be supplied into the chamber 100 .
  • the temperature of the radicals in the waveguide 420 is lowered, there is a problem in that a bond is formed between the radicals and converted into a gaseous state. Accordingly, by installing a heating member (not shown) in the waveguide 420 , the temperature of the radicals can be maintained constant.
  • the plasma generator 410 and the waveguide 420 are provided by two, respectively, but when the number of the injection holes 140 is two or more, for example, three, the plasma generator 410 and the waveguide 420 are also each. Three can be provided.
  • the process gas supplier 430 may supply a gas for manufacturing a thin film to the plasma generator 410 , and various process gases such as O 2 , N 2 , H 2 , N 2 O, NH 3 , etc. depending on the type of thin film to be manufactured. can supply Here, an example in which the process gas supplier 430 supplies O 2 to the plasma generator 410 to form an oxide film on the substrate W will be described.
  • the process gas supplier 430 may supply process gases to the two plasma generators 410 . In this case, the process gas supplier 430 may supply the same flow rate of the process gas to the two plasma generators 410 or may supply different flow rates. Through this, by controlling the amount of radicals generated by the two plasma generators 410 , it is possible to control the flow rate of radicals supplied through the two injection holes 140 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an apparatus for manufacturing a thin film according to a second embodiment of the present invention.
  • the rest of the configuration is substantially similar to the thin film manufacturing apparatus according to the first embodiment described above.
  • the plasma generator 400 includes a plasma generator 410 for generating radicals and a waveguide 420 for connecting the plasma generator 410 to at least two injection holes 140 , and the waveguide 420 is a plasma generator. It may include at least two branch pipes 420b and 420c to connect the 410 to the at least two inlets.
  • the plasma generator 400 may generate radicals in one plasma generator 410 and supply radicals to at least two injection holes 140 through one waveguide 420 .
  • the waveguide 420 may include at least two branch pipes 420b and 420c to supply radicals to the at least two injection holes 140 .
  • the branch pipes 420b and 420c may be formed in the same number as the number of the inlets 140 , and here the two branch pipes 420b and 420c to the waveguide 420 to supply radicals to the two inlets 140 . An example in which is formed will be described.
  • the waveguide 420 includes a connector 420a connected to the plasma generator 410, and two branch pipes 420b and 420c connected to the connector 420a and connected to the two inlets 140, respectively.
  • the waveguide 420 may be formed to have an approximately 'U' shape or a 'V' shape.
  • a flow rate adjusting member 425 for controlling the flow rate of radicals may be formed in at least one of the two branch pipes 420b and 420c.
  • the flow control member 425 may include a pendulum valve and the like, and may be installed only in one of the two branch pipes 420b and 420c as shown in FIG. 5, and the two branch pipes 420b, 420c) may be installed in both. Through this, the amount of radicals can be adjusted to be the same or different from each other through the two injection ports 140 .
  • a thin film manufacturing method includes a process of loading a substrate W into the chamber 100, a process of heating the substrate W, a process of generating radicals, and at least two paths. It may include a process of supplying radicals to one side of the substrate W, a process of forming a thin film on the substrate W using radicals, and a process of evacuating residual radicals to the other side of the substrate W.
  • the process of manufacturing the thin film is described as being time-series, but the order may be variously changed. That is, each process may be performed in reverse order or may be performed simultaneously.
  • the substrate W prepared for manufacturing the thin film may be brought into the chamber 100 through the gate 130 and seated on the substrate supporter 320 .
  • the substrate W may be a silicon substrate, and the inside of the chamber 100 may be heated to a predetermined temperature by the heat source 200 .
  • the gate 130 may be closed and a vacuum may be formed in the chamber 100 .
  • the substrate support 320 may be rotated and the substrate W may be heated to a process temperature, for example, a temperature for forming an oxide film through the heat source 200 .
  • the plasma supply unit 400 may generate oxygen radicals, and the generated oxygen radicals may be supplied into the chamber 100 through the injection hole 140 .
  • the oxygen radicals are injected and discharged at the same time, so that the oxygen radicals injected through the injection hole 140 may be discharged to the exhaust port 150 through the substrate W.
  • oxygen radicals may be supplied to the chamber 100 through the waveguide 420 .
  • the waveguide 420 may be heated in order to prevent the temperature of oxygen radicals from being lowered in the waveguide 420 .
  • Oxygen radicals may be supplied into the chamber 100 through at least two injection holes 140 .
  • the oxygen radicals supplied into the chamber 100 may react with the substrate W while moving from one side to the other side of the substrate W to form a thin film, for example, an oxide film.
  • oxygen radicals may be supplied through at least two paths parallel to the substrate W so that the oxygen radicals can sufficiently contact the surface of the substrate W.
  • the at least two paths refer to positions where at least two injection holes 140 are formed, are formed at the same height in the direction in which the substrate W extends, and include a first path including the central portion of the substrate W, and the substrate. It may mean a second path including the edge of (W).
  • oxygen radicals injected into the chamber 100 through the first and second paths may be sufficiently diffused throughout the processing space inside the chamber 100 formed long and wide in the horizontal direction.
  • the contact area with the substrate W may be further increased.
  • oxygen radicals sufficiently contact the substrate W, so that a thin film, such as an oxide film, can be uniformly formed over the entire substrate W.
  • the same flow rate of oxygen radicals may be supplied to the at least two inlets 140 , or oxygen radicals of different flow rates may be supplied.
  • more oxygen radicals may be supplied toward the edge of the substrate support 320 than toward the center of the substrate support 320, and more oxygen radicals may be supplied toward the center of the substrate support 320 than toward the edge of the substrate support 320.
  • the supply of oxygen radicals is stopped, the rotation of the substrate support 320 is stopped, and then the substrate W can be taken out of the chamber 100 .
  • the uniformity of the oxide film formed on the substrate W may be measured, and process conditions may be adjusted in a subsequent process according to the measurement result, and then a thin film may be manufactured.
  • the flow rate of oxygen radicals supplied to at least two paths may be adjusted according to the thickness of the thin film formed on the substrate W, or the position or amount of exhaust oxygen radicals may be adjusted.
  • a thin film can be uniformly formed over the entire substrate, and the substrate is suppressed from being deformed by thermal stress, thereby improving the process yield and productivity. can improve

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Abstract

본 발명은 박막 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 내부에 기판의 처리 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부; 상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부; 및 적어도 2개의 지점에서 상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버에 연결되는 플라즈마 발생부;를 포함하고, 기판에 형성되는 박막의 균일도를 개선할 수 있다.

Description

박막 제조 장치 및 방법
본 발명은 박막 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막의 균일도를 개선할 수 있는 박막 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 기판 등을 열처리하는 방법으로 급속열처리(rapid thermal processing; RTP) 방법이 많이 사용되고 있다.
급속열처리 방법은 텅스텐 램프 등의 열원에서 나오는 방사광(放射光)을 기판에 조사하여 기판을 가열 처리하는 방법이다. 이러한 급속열처리 방법은 퍼니스(furnace)를 이용한 기존의 기판 열처리 방법에 비해, 기판을 신속하게 가열하거나 냉각시킬 수 있으며, 압력 조건이나 온도 대역의 조절 제어가 용이하여, 기판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
급속열처리 방법을 적용한 박막 제조 장치는, 주로 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버와, 챔버 내부에서 기판을 지지하는 기판지지대와, 기판지지대에 방사광을 조사하는 열원 및 공정 가스를 활성화시켜 챔버에 공급하기 위한 플라즈마 발생기를 포함하여 구성된다. 이때, 열원과 기판지지대가 챔버의 상부 및 하부에 각각 설치되고, 챔버는 기판을 효율적으로 가열하기 위해 기판과 열원 사이(상하방향)의 거리는 짧고, 수평방향으로는 길고 넓은 처리 공간을 형성하게 된다. 이에 챔버 내부에 플라즈마 발생기를 설치하기 어렵기 때문에 박막 제조 시 챔버 외부에서 플라즈마 발생기를 이용하여 라디칼을 생성한 후, 챔버의 측벽을 통해 라디칼을 공급하고 있다.
그런데 챔버 내부의 처리 공간이 수평방향으로 길고 넓게 형성되기 때문에 처리 공간 전체에 걸쳐 라디칼이 충분하게 확산되지 못해 박막의 균일도가 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 열원을 이용하여 기판의 온도를 국부적으로 조절하는 방법을 사용하고 있으나, 이 경우, 기판이 온도 편차로 인한 열적 스트레스에 의해 변형되고, 생산성이 저하되는 문제가 있다.
(선행문헌 1) 한국등록특허 제10-0775593호
(선행문헌 2) 한국공개특허 제10-2008-0114427호
본 발명은 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 박막 제조 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 장치는, 내부에 기판의 처리 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부; 상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부; 및 적어도 2개의 지점에서 상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버에 연결되는 플라즈마 발생부;를 포함할 수 있다.
상기 챔버는 폭, 두께 및 높이를 갖는 중공형으로 형성되고, 상기 처리 공간은 폭 및 두께보다 짧은 높이를 갖도록 형성되며, 상기 챔버의 폭 방향 또는 두께 방향에 상기 챔버를 관통하도록 형성되는 적어도 2개의 주입구와, 상기 적어도 2개의 주입구와 마주보는 쪽에 상기 챔버를 관통하도록 형성되는 배기구를 포함할 수 있다.
상기 적어도 2개의 주입구는 상기 챔버의 높이 방향으로 동일한 높이에 형성될 수 있다.
상기 적어도 2개의 주입구는 서로 평행하게 형성되거나, 적어도 하나가 수평방향으로 기울어지게 형성될 수 있다.
상기 기판지지부는 회전 가능하고, 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판지지대를 포함하고, 상기 주입구의 이격 거리는 상기 기판지지대의 반경보다 짧을 수 있다.
상기 적어도 2개의 주입구와 각각 연통되는 통로를 형성하도록, 상기 챔버의 내부에 형성되는 가이드부재를 포함할 수 있다.
상기 배기구는, 상기 기판지지부의 직경보다 큰 이격 거리를 갖도록 형성되는 제1배기구; 및 상기 제1배기구 사이에 형성되는 제2배기구; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생부는, 라디칼을 생성하기 위한 복수의 플라즈마 발생기; 및 상기 복수의 플라즈마 발생기를 상기 적어도 2개의 주입구에 각각 연결하기 위한 적어도 2개의 도파관;을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생부는, 라디칼을 생성하기 위한 플라즈마 발생기; 및 상기 플라즈마 발생기를 상기 적어도 2개의 주입구에 연결하기 위한 도파관;을 포함하고, 상기 도파관은 상기 플라즈마 발생기를 상기 적어도 2개의 주입구에 연결하도록 적어도 2개의 분기관을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생부는, 상기 도파관에 설치되는 유량조절부재를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생부는 상기 도파관에 설치되는 가열부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 방법은, 기판을 챔버 내부에 반입하는 과정; 상기 기판을 가열하는 과정; 라디칼을 생성하는 과정; 적어도 2개의 경로로 상기 기판의 일측에 상기 기판과 나란하게 라디칼을 공급하는 과정; 상기 라디칼을 상기 기판에 접촉시켜 박막을 형성하는 과정; 및 상기 기판의 타측으로 잔류 라디칼을 배기시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 라디칼을 공급하는 과정은, 상기 기판이 연장되는 방향으로 동일한 높이에서 라디칼을 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 라디칼을 공급하는 과정은, 상기 챔버의 일측에서 타측 방향으로 상기 기판의 중심부를 포함하는 제1경로와, 상기 기판의 가장자리를 포함하는 제2경로로 라디칼을 공급하는 과정을 포함할 수 있다.,
상기 라디칼을 공급하는 과정은, 상기 챔버의 외부에서 라디칼을 생성하는 과정; 및 상기 라디칼을 상기 챔버로 이송하는 과정;을 포함하고, 상기 이송하는 과정은 상기 라디칼의 온도를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 라디칼을 공급하는 과정은, 적어도 2개의 경로로 공급되는 라디칼의 유량을 각각 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 잔류 라디칼을 배기시키는 과정은, 상기 잔류 라디칼이 배기되는 위치 및 배기량 중 적어도 하나를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 박막 제조 장치 및 방법에 의하면, 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다. 즉, 기판에 박막 제조를 위한 라디칼을 균일하게 접촉시켜, 기판 전체에 걸쳐 박막을 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 박막을 형성하는 과정에서 기판이 열적 스트레스에 의해 변형되는 것을최소화할 수 있다. 따라서 공정 수율을 향상시키고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 박막 제조 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 선A-A'에 따른 박막 제조 장치의 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 선B-B'에 따른 박막 제조 장치의 단면도.
도 4는 챔버 내부에 가이드 부재를 설치한 상태를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 박막 제조 장치의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 박막 제조 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선A-A'에 따른 박막 제조 장치의 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 선B-B'에 따른 박막 제조 장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 장치는, 내부에 기판(W)의 처리 공간을 형성하는 챔버(100)와, 챔버(100)의 내부에 기판(W)을 지지하도록 챔버(100)에 연결되는 기판지지부(300)와, 기판지지부(300)와 대향하도록 챔버(100)에 연결되는 열원부(200) 및 적어도 2개의 지점에서 기판지지부(300)와 열원부(200) 사이로 라디칼을 공급하도록 챔버(100)에 연결되는 플라즈마 발생부(400)를 포함할 수 있다. 이때,열원부(200)는 챔버(100)의 상부에 설치될 수 있고, 기판지지부(300)는 챔버(100)의 하부에 설치될 수 있다. 여기에서 박막 제조 장치는 열원에서 방출되는 방사광을 기판에 조사하여 기판을 가열하는 급속 열처리(Rapid Thermal Processing, RTP) 장치를 포함할 수 있다.
이하에서는 챔버(100)를 기준으로 라디칼이 이동하는 방향, 예컨대 챔버 내부로 주입되서 배출되는 방향을 두께 방향이라 하고, 두께 방향에 수평으로 교차하는 방향은 폭 방향이라 한다. 그리고 챔버(100)의 상하방향은 높이 방향이라 한다.
챔버(100)는 상부 및 하부가 개방되는 대략 사각 틀 형상의 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)의 상부에 연결되는 투과창(120)을 포함할 수 있다.
챔버 몸체(110)는 하나의 몸체로 일체 제작될 수도 있으나, 여러 부품이 연결 또는 결합된 조립 몸체를 지닐 수도 있는데, 이 경우 각 부품 간의 연결 부위에는 밀폐(sealing) 수단(미도시)이 부가적으로 구비될 수 있다. 이에 따라 기판(W)의 가열 또는 냉각 시 장치 내에 투입되는 에너지를 절감해 줄 수 있다. 챔버 몸체(110)에는 기판(W)을 반입 및 반출시키기 위한 게이트(130)가 형성될 수 있고, 박막 제조를 위한 라디칼을 주입하기 위한 주입구(140; 142, 144)와, 챔버(100) 내부의 가스를 배출시키고, 박막을 제조하고 잔류하는 잔류 라디칼을 배기하기 위한 배기구(150)가 형성될 수 있다. 이때, 게이트(130), 주입구(140) 및 배기구(150)는 챔버 몸체(110)의 폭 방향에 형성될 수 있고, 주입구(140)와 배기구(150)는 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
투과창(120)은 챔버 몸체(110)의 상부에 챔버 몸체(110)의 내부를 밀폐하도록 연결될 수 있다. 투과창(120)은 챔버(100) 상부에 설치되는 열원부(200)의 열원에서 방출되는 방사광을 투과시킬 수 있고, 고온에 견딜 수 있는 석영, 사파이어 등과 같은 투명 물질로 형성될 수 있다.
이러한 챔버(100)는 내부에 기판(W)을 처리할 수 있는 처리 공간을 형성하도록, 폭, 두께 및 높이를 갖는 중공형으로 형성될 수 있다. 이때, 챔버(100)는 폭 및 두께보다 낮은 높이를 갖도록 형성되며, 상하 방향에 비해 수평 방향으로 길고 넓은 처리 공간을 형성할 수 있다.
챔버 몸체(110)에는 적어도 2개의 주입구(140)가 형성될 수 있다. 주입구(140)는 2개 또는 2개 이상으로 형성될 수 있으나, 여기에서는 챔버 몸체(110)에 2개의 주입구(140)가 형성된 예에 대해서 설명한다. 2개의 주입구(140)는 챔버 몸체(110)의 높이 방향으로 동일한 높이에 서로 이격되도록 형성될 수 있다. 이때, 2개의 주입구(140)는 적어도 기판지지대(320)보다 높은 위치에 배치되도록 형성될 수 있다. 2개의 주입구(140)는 기판(W) 또는 기판지지대(320)의 반경보다 짧은 이격 거리를 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대 2개의 주입구(140) 중 하나의 주입구(142)는 기판(W) 또는 기판지지대(320)의 중앙을 향하도록 라디칼을 공급하도록 형성될 수 있고, 다른 하나의 주입구(144)는 기판(W) 또는 기판지지대(320)의 가장자리쪽을 향하도록 형성될 수 있다. 주입구(140) 간의 이격 거리가 지나치게 길면, 챔버(100) 내부에 라디칼을 균일하게 공급하기 어려워, 기판(W)에 형성되는 박막의 균일도가 저하될 수 있다. 반면, 주입구(140) 간의 이격 거리가 짧으면 챔버(100) 내부에 라디칼을 더 균일하게 공급하여 기판(W)에 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있으나, 주입구(140)에 플라즈마 발생부(400)의 도파관(420)을 연결하는데 어려움이 있다.
2개의 주입구(140)는 서로 나란하게 형성될 수도 있다. 또는, 2개의 주입구(140) 중 적어도 하나는 수평방향으로 기울어지게 형성될 수도 있다. 예컨대 2개의 주입구(140) 중 하나는 기판지지대(320)의 중앙을 향하도록 형성될 수 있고, 나머지 하나는 기판지지대(320)의 가장자리쪽에서 기판지지대(320)의 외측을 향하도록 기울어지게 형성될 수 있다. 이에 챔버(100) 내부에서 보다 넓은 영역에 라디칼을 확산시킬 수 있으므로, 기판(W)이 라디칼과 충분하게 접촉하여 박막의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4는 챔버 내부에 가이드 부재를 설치한 상태를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 챔버(100) 내부에는 라디칼의 이동 방향을 안내하기 위한 가이드 부재(170)가 형성될 수 있다. 가이드 부재(170)는 기판지지대(320)와 주입구(140) 사이에 주입구(140)가 연장되는 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 가이드 부재(170)는 주입구(140)와 연통되는 통로를 형성하여, 라디칼을 목표하는 방향으로 이동하도록 안내할 수 있다. 이를 통해 기판(W)에 형성되는 박막의 균일도를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 이러한 가이드 부재(170)는 주입구(140)의 양쪽에 상하방향으로 연장되는 격벽 형상으로 형성될 수도 있고, 주입구(140)에 삽입되는 관(pipe) 형상으로 형성될 수도 있다. 이때, 가이드 부재(170)가 격벽 형상으로 형성되는 경우, 주입구(140:142, 144) 사이를 완전히 차단하는 형태로 형성될 수도 있고, 주입구(140:142, 144) 사이의 일부를 차단하는 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 가이드 부재(170)에 의해 형성되는 통로는 관 형상으로 형성될 수도 있고, 오목홈 형상으로 형성될 수 있다. 이하에서는 통로가 내경을 갖는 관 형상으로 형성되는 예에 대해서 설명한다.
이러한 가이드 부재(170)는 주입구(140)의 내경과 동일한 내경을 갖는 통로를 형성할 수도 있고, 기판지지대(320) 방향으로 내경이 점점 증가하는 형상의 통로를 형성할 수도 있다. 또는, 가이드 부재(170)는 주입구(140)의 직경보다 큰 직경을 갖는 통로를 형성할 수도 있고, 주입구(140)의 직경보다 작은 직경을 갖는 통로를 형성할 수도 있다. 또는, 가이드 부재(170)에 의해 형성되는 통로들은 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수도 있다. 예컨대 기판지지대(320)의 중앙쪽으로 라디칼을 공급하는 주입구(142)와 연통되는 통로는 기판지지대(320)의 가장자리쪽으로 라디칼을 공급하는 주입구(144)와 연통되는 통로보다 더 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 또는 기판지지대(320)의 중앙쪽으로 라디칼을 공급하는 주입구(142)와 연통되는 통로는 기판지지대(320)의 가장자리쪽으로 라디칼을 공급하는 주입구(144)와 연통되는 통로보다 더 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
여기에서는 챔버 몸체(110)에 2개의 주입구(142, 144)를 형성하고, 라디칼의 이동 방향을 안내하도록 챔버 몸체(110) 내부에 가이드 부재(17)를 형성하였다. 그러나 챔버 몸체에 슬릿 형상의 주입구를 형성하고, 주입구에 2개의 도파관을 연결할 수도 있다. 그리고 챔버 몸체 내부에 각각의 도파관으로 주입되는 라디칼의 이동 방향을 안내하도록 가이드 부재를 형성할 수도 있다. 이 경우, 가이드 부재는 기판지지대(320) 쪽으로 폭이 증가하는 형태로 형성하여, 라디칼이 기판(W) 전체에 걸쳐 충분하게 확산되도록 할 수 있다.
배기구(150)는 주입구(140)와 마주보는 쪽에 챔버 몸체(110)를 관통하며 형성될 수 있다. 이때, 라디칼이 챔버(100) 내부에서 기판(W)의 표면에 균일하게 접촉하면서 유동하도록, 배기구(150)는 주입구(140)와 대향하도록 형성될 수 있다. 배기구(150)는 펌프(미도시)가 설치된 배기라인(미도시)에 연결되어, 챔버(100) 내부의 가스 및 라디칼을 배출시키며, 챔버(100) 내부에 진공 형성과 같은 압력 제어도 수행할 수 있다. 이러한 배기구(150)는 기판지지대(320)의 직경보다 큰 이격 거리를 갖도록 형성되는 한 쌍의 제1배기구(152a, 152b)와, 제1배기구(152a, 152b) 사이에 형성되는 1개의 제2배기구(154) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 챔버(100)에는 제1배기구(152a, 152b)만 형성될 수도 있고, 제2배기구(154)만 형성될 수도 있다. 또는, 챔버(100)에는 제1배기구(152a, 152b)와 제2배기구(154) 모두 형성될 수도 있다. 이 경우, 챔버(100) 내부로 주입된 라디칼이 챔버(100) 내부 전체에 걸쳐 보다 균일하게 확산되어 기판(W) 전체에 걸쳐 균일하게 접촉되므로 기판(W)에 형성되는 박막의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 제1배기구(152a, 152b)와 제2배기구(154)는 서로 다른 배기라인에 연결될 수 있다. 이 경우, 각각의 배기라인에 배기량을 조절할 수 있는 배기량 조절부재(미도시)를 설치하여, 각각의 제1배기구(152a, 152b)와 제2배기구(154)를 통해 배출되는 라디칼이나 가스의 양을 조절할 수 있다.
열원부(200)는 챔버(100)의 상부에 설치되어, 챔버(100) 내부에 반입되는 기판(W)을 가열할 수 있다. 열원부(200)는 하부가 개방된 중공형의 지지체(210)와, 지지체(210) 내부에 설치되는 열원(220)을 포함할 수 있다.
지지체(210)는 챔버(100) 또는 챔버(100) 내부의 처리 공간과 유사한 면적을 갖도록 형성될 수 있고, 열원(220)에서 방출되는 방사광을 챔버(100)쪽으로 진행시킬 수 있도록 하부가 개방될 수 있다. 이때, 지지체(210)에는 열원(220)에서 방출되는 방사광을 챔버(100) 쪽으로 반사시킬 수 있도록 오목홈 등과 같은 요철 구조(미도시)가 형성되거나, 반사막(미도시)이 형성될 수 있다. 지지체(210)는 열원(220)에서 방출되는 방사광에 의해 과열되는 것을 방지할 수 있도록 냉각 매체 등을 순환시킬 수 있는 유로(미도시)를 포함할 수 있다.
열원(220)은 텅스텐 할로겐 램프, 카본 램프 및 루비 램프 등과 같이 방사광을 방출시킬 수 있는 램프를 포함할 수 있고, 선형이나 벌브(bulb) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
기판지지부(300)는 열원부(200)와 대향하도록 챔버(100)의 하부에 설치될 수 있다. 기판지지부(300)는 상부에 기판(W)을 지지할 수 있는 기판지지대(320)와, 기판지지대(320)를 회전시키기 위한 구동기(330)를 포함할 수 있다. 또한, 기판지지부(300)는 기판(W)을 상하방향으로 이동시키기 위한 리프트부재(340), 기판(W)의 온도를 측정하기 위한 온도측정기(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 기판지지부(300)는 별도의 하우징(310)을 포함하여, 챔버(100) 내부를 밀폐시킬 수 있도록 챔버(100)의 하부에 결합될 수 있다.
기판지지대(320)는 기판(W)이 안착되어 지지될 수 있도록 예를 들어 정전척 등이 마련되어 기판(W)을 정전력에 의해 흡착 유지할 수도 있고, 진공 흡착이나 기계적 힘에 의해 기판(W)을 지지할 수도 있다. 기판지지대(320)는 기판(W)의 형상과 대응되는 형상, 예를 들어 원형으로 형성될 수 있고, 기판(W)보다 크게 제작될 수 있다.
구동기(330)는 회전축(332)을 통해 기판지지대(320)의 하부에 연결되며, 기판(W)에 박막을 형성할 때 기판(W)을 회전시킬 수 있다.
플라즈마 발생부(400)는 공정 가스 공급기(430)와, 외부에서 전원을 공급받아 플라즈마를 생성하고, 공정 가스 공급기(430)에서 공급되는 공정 가스를 활성화시켜 라디칼을 생성하기 위한 플라즈마 발생기(410) 및 라디칼을 챔버(100) 내부로 공급하도록 플라즈마 발생기(410)와 챔버(100)를 연결하기 위한 도파관(420)을 포함할 수 있다. 이때, 플라즈마 발생부(400)는 2개의 플라즈마 발생기(410)와 2개의 도파관(420)을 포함할 수 있고, 2개의 주입구(140)에 각각에 라디칼을 공급할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부(400)는 각각의 주입구(140)로 공급되는 라디칼의 유량을 조절할 수 있도록, 2개의 도파관(420) 중 적어도 하나에 형성되는 유량 조절기(미도시)를 포함할 수도 있다.
플라즈마 발생부(400)는 플라즈마 발생기(410)에서 챔버(100)로 공급되는 라디칼의 온도를 일정하게 유지하기 위해, 도파관(420)의 온도를 조절하기 위한 가열부재(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 발생기(410)에서 생성된 라디칼은 도파관(420)을 따라 이동하여 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다. 이 경우, 도파관(420)에서 라디칼의 온도가 저하되면, 라디칼 간에 결합이 이루어져 가스 상태로 전환되는 문제가 있다. 따라서 도파관(420)에 가열부재(미도시)를 설치하여, 라디칼의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
여기에서는 플라즈마 발생기(410)와 도파관(420)이 각각 2개씩 마련되는 것으로 설명하지만, 주입구(140)의 개수가 2개 이상, 예컨대 3개인 경우에는 플라즈마 발생기(410)와 도파관(420)도 각각 3개씩 마련될 수 있다.
공정 가스 공급기(430)는 플라즈마 발생기(410)에 박막 제조를 위한 가스를 공급할 수 있으며, 제조하고자 하는 박막의 종류에 따라 O2, N2, H2, N2O, NH3 등 다양한 공정 가스를 공급할 수 있다. 여기에서는 기판(W) 상부에 산화막을 형성하기 위해 공정 가스 공급기(430)가 플라즈마 발생기(410)에 O2를 공급하는 예에 대해서 설명한다. 공정 가스 공급기(430)는 2개의 플라즈마 발생기(410)에 공정 가스를 공급할 수 있다. 이때, 공정 가스 공급기(430)는 2개의 플라즈마 발생기(410)에 공정 가스의 유량을 동일하게 공급할 수도 있고, 서로 다르게 공급할 수도 있다. 이를 통해 2개의 플라즈마 발생기(410)에서 생성되는 라디칼의 양을 조절하여 2개의 주입구(140)를 통해 공급되는 라디칼의 유량을 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 박막 제조 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 박막 제조 장치는, 플라즈마 발생부(400)를 제외한 나머지 구성은 앞서 설명한 제1실시 예에 따른 박막 제조 장치와 거의 유사하다.
플라즈마 발생부(400)는 라디칼을 생성하기 위한 플라즈마 발생기(410) 및 플라즈마 발생기(410)를 적어도 2개의 주입구(140)에 연결하기 위한 도파관(420)을 포함하고, 도파관(420)은 플라즈마 발생기(410)를 적어도 2개의 주입구에 연결하도록 적어도 2개의 분기관(420b, 420c)을 포함할 수 있다.
즉, 플라즈마 발생부(400)는 하나의 플라즈마 발생기(410)에서 라디칼을 생성하고, 하나의 도파관(420)을 통해 적어도 2개의 주입구(140)에 라디칼을 공급할 수 있다. 이에 도파관(420)은 적어도 2개의 주입구(140)에 라디칼을 공급할 수 있도록 적어도 2개의 분기관(420b, 420c)을 포함할 수 있다. 분기관(420b, 420c)은 주입구(140)의 개수와 동일한 개수로 형성될 수 있고, 여기에서는 2개의 주입구(140)에 라디칼을 공급하도록 도파관(420)에 2개의 분기관(420b, 420c)을 형성한 예에 대해서 설명한다.
도파관(420)은 플라즈마 발생기(410)에 연결되는 연결관(420a)과, 연결관(420a)에 연결되고 2개의 주입구(140)에 각각 연결되는 2개의 분기관(420b, 420c)을 포함할 수 있다. 이러한 도파관(420)은 대략 'U'자, 'V'자 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
그리고 2개의 분기관(420b, 420c) 중 적어도 하나에는 라디칼의 유량을 조절하기 위한 유량조절부재(425)를 형성할 수 있다. 유량조절부재(425)는 펜듈럼(pendulum) 밸브 등을 포함할 수 있으며,도 5에 도시된 바와 같이 2개의 분기관(420b, 420c) 중 하나에만 설치될 수도 있고, 2개의 분기관(420b, 420c) 모두에 설치될 수도 있다. 이를 통해 2개의 주입구(140)로 라디칼을 양을 동일하게 조절하거나 서로 다르게 조절할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 방법은, 기판(W)을 챔버(100) 내부에 반입하는 과정과, 기판(W)을 가열하는 과정과, 라디칼을 생성하는 과정과, 적어도 2개의 경로로 기판(W)의 일측에 라디칼을 공급하는 과정과, 라디칼을 이용하여 기판(W)에 박막을 형성하는 과정 및 기판(W)의 타측으로 잔류 라디칼을 배기시키는 과정을 포함할 수 있다. 여기에서 박막을 제조하는 과정은 시계열적으로 수행되는 것으로 기재되어 있으나, 그 순서는 다양하게 변경 가능하다. 즉, 각 과정은 순서를 바꿔서 수행될 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있다.
박막 제조를 위해 마련된 기판(W)을 게이트(130)를 통해 챔버(100) 내부로 반입하여, 기판지지대(320) 상부에 안착시킬 수 있다. 이때, 기판(W)은 실리콘 기판일 수 있고, 챔버(100) 내부는 열원부(200)에 의해 일정 온도로 가열된 상태일 수 있다.
기판지지대(320)에 기판(W)이 안착되면, 게이트(130)를 닫고 챔버(100) 내부에 진공을 형성할 수 있다. 그리고 기판지지대(320)를 회전시키고, 열원부(200)를 통해 기판(W)을 공정 온도, 예컨대 산화막을 형성하기 위한 온도로 가열할 수 있다.
그리고 플라즈마 공급부(400)에서 산소 라디칼을 생성하고, 생성된 산소 라디칼을 주입구(140)를 통해 챔버(100) 내부로 공급할 수 있다. 이때, 산소 라디칼의 주입과, 배출이 동시에 이루어져 주입구(140)를 통해 주입된 산소 라디칼은 기판(W)을 거쳐 배기구(150)로 배출될 수 있다. 산소 라디칼은 플라즈마 발생기(410)에서 생성된 후, 도파관(420)을 통해 챔버(100)로 공급될 수 있다. 이때, 도파관(420)에서 산소 라디칼의 온도가 저하되는 것을 방지하기 위해 도파관(420)을 가열할 수도 있다.
산소 라디칼은 적어도 2개의 주입구(140)를 통해 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다. 챔버(100) 내부로 공급된 산소 라디칼은 기판(W)의 일측에서 타측으로 이동하면서 기판(W)과 반응하여 박막, 예컨대 산화막을 형성할 수 있다. 이때, 산소 라디칼이 기판(W) 표면에 충분하게 접촉할 수 있도록, 기판(W)과 나란한 적어도 2개의 경로로 산소 라디칼을 공급할 수 있다. 적어도 2개의 경로란 적어도 2개의 주입구(140)가 형성되는 위치를 의미하며, 기판(W)이 연장되는 방향으로 동일한 높이에 형성되고, 기판(W)의 중심부를 포함하는 제1경로와, 기판(W)의 가장자리를 포함하는 제2경로를 의미할 수 있다.
이렇게 제1경로와 제2경로를 통해 챔버(100) 내부로 주입되는 산소 라디칼은 수평방향으로 길고 넓게 형성되는 챔버(100) 내부의 처리 공간 전체에 걸쳐 충분하게 확산될 수 있다. 특히, 산소 라디칼은 적어도 기판(W)의 중심부에서 일측 가장자리에 걸쳐 충분하게 확산되기 때문에 기판(W)과의 접촉 면적이 보다 증대될 수 있다. 그리고 박막을 형성하는 동안 기판(W)을 회전시키기 때문에 산소 라디칼이 기판(W)에 충분하게 접촉하여, 기판(W) 전체에 걸쳐 박막, 예컨대 산화막이 균일하게 형성될 수 있다.
챔버(100) 내부에 산소 라디칼을 공급하는 과정에서 적어도 2개의 주입구(140)로 동일한 유량의 산소 라디칼을 공급할 수도 있고, 서로 다른 유량의 산소 라디칼을 공급할 수도 있다. 예컨대 기판지지대(320)의 중앙쪽보다 기판지지대(320)의 가장자리쪽으로 산소 라디칼을 더 많이 공급할 수도 있고, 기판지지대(320)의 가장자리쪽보다 기판지지대(320)의 중앙쪽으로 산소 라디칼을 더 많이 공급할 수도 있다.
그리고 기판(W)에 산화막이 형성되면, 산소 라디칼의 공급을 중단하고, 기판지지대(320)의 회전을 중단시킨 후, 기판(W)을 챔버(100)에서 반출할 수 있다.
이후, 기판(W)에 형성된 산화막의 균일도를 측정하고, 측정 결과에 따라 후속 공정에서 공정 조건을 조절한 다음, 박막을 제조할 수 있다. 예컨대 기판(W)에서 형성된 박막의 두께에 따라 적어도 2개의 경로로 공급되는 산소 라디칼의 유량을 조절하거나, 잔류 산소 라디칼이 배기되는 위치나 배기량을 조절할 수 있다. 이를 통해 기판(W)에 형성되는 박막의 두께를 국부적으로 조절할 수 있으므로 후속 공정에서 제조되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판에 박막 제조를 위한 라디칼을 균일하게 접촉시켜, 기판 전체에 걸쳐 박막을 균일하게 형성할 수 있고, 기판이 열적 스트레스에 의해 변형되는 것을 억제하여, 공정 수율을 향상시키고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 내부에 기판의 처리 공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부;
    상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부; 및
    적어도 2개의 지점에서 상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버에 연결되는 플라즈마 발생부;를 포함하는 박막 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버는 폭, 두께 및 높이를 갖는 중공형으로 형성되고, 상기 처리 공간은 폭 및 두께보다 짧은 높이를 갖도록 형성되며,
    상기 챔버의 폭 방향 또는 두께 방향에 상기 챔버를 관통하도록 형성되는 적어도 2개의 주입구와, 상기 적어도 2개의 주입구와 마주보는 쪽에 상기 챔버를 관통하도록 형성되는 배기구를 포함하는 박막 제조 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 2개의 주입구는 상기 챔버의 높이 방향으로 동일한 높이에 형성되는 박막 제조 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 2개의 주입구는 서로 평행하게 형성되거나, 적어도 하나가 수평방향으로 기울어지게 형성되는 박막 제조 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판지지부는 회전 가능하고, 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판지지대를 포함하고,
    상기 주입구의 이격 거리는 상기 기판지지대의 반경보다 짧은 박막 제조 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 2개의 주입구와 각각 연통되는 통로를 형성하도록, 상기 챔버의 내부에 형성되는 가이드부재를 포함하는 박막 제조 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 배기구는,
    상기 기판지지부의 직경보다 큰 이격 거리를 갖도록 형성되는 제1배기구; 및
    상기 제1배기구 사이에 형성되는 제2배기구; 중 적어도 하나를 포함하는 박막 제조 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는,
    라디칼을 생성하기 위한 복수의 플라즈마 발생기; 및
    상기 복수의 플라즈마 발생기를 상기 적어도 2개의 주입구에 각각 연결하기 위한 적어도 2개의 도파관;을 포함하는 박막 제조 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는,
    라디칼을 생성하기 위한 플라즈마 발생기; 및
    상기 플라즈마 발생기를 상기 적어도 2개의 주입구에 연결하기 위한 도파관;을 포함하고,
    상기 도파관은 상기 플라즈마 발생기를 상기 적어도 2개의 주입구에 연결하도록 적어도 2개의 분기관을 포함하는 박막 제조 장치.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는,
    상기 도파관에 설치되는 유량조절부재를 포함하는 박막 제조 장치.
  11. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는 상기 도파관에 설치되는 가열부재를 포함하는 박막 제조 장치.
  12. 기판을 챔버 내부에 반입하는 과정;
    상기 기판을 가열하는 과정;
    라디칼을 생성하는 과정;
    적어도 2개의 경로로 상기 기판의 일측에 상기 기판과 나란하게 라디칼을 공급하는 과정;
    상기 라디칼을 상기 기판에 접촉시켜 박막을 형성하는 과정; 및
    상기 기판의 타측으로 잔류 라디칼을 배기시키는 과정;을 포함하는 박막 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 라디칼을 공급하는 과정은,
    상기 기판이 연장되는 방향으로 동일한 높이에서 라디칼을 공급하는 과정을 포함하는 박막 제조 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 라디칼을 공급하는 과정은,
    상기 챔버의 일측에서 타측 방향으로 상기 기판의 중심부를 포함하는 제1경로와, 상기 기판의 가장자리를 포함하는 제2경로로 라디칼을 공급하는 과정을 포함하는 박막 제조 방법.
  15. 청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라디칼을 공급하는 과정은,
    상기 챔버의 외부에서 라디칼을 생성하는 과정; 및
    상기 라디칼을 상기 챔버로 이송하는 과정;을 포함하고,
    상기 이송하는 과정은 상기 라디칼의 온도를 조절하는 과정을 포함하는 박막 제조 방법.
  16. 청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라디칼을 공급하는 과정은,
    적어도 2개의 경로로 공급되는 라디칼의 유량을 각각 조절하는 과정을 포함하는 박막 제조 방법.
  17. 청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잔류 라디칼을 배기시키는 과정은,
    상기 잔류 라디칼이 배기되는 위치 및 배기량 중 적어도 하나를 조절하는 과정을 포함하는 박막 제조 방법.
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