KR100676396B1 - 중성화빔을 이용한 표면처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중성화빔을 이용한 장치에 관한 것으로, 대면적 기판 처리에 유리하고, 중성화빔 형성시 발생하는 열로 인한 샤워헤드의 변형, 샤워헤드내의 불순물 생성을 방지할 수 있는 중성화빔을 이용한 표면처리장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하고, 생성된 플라즈마를 중성화빔으로 전환시키고, 반응가스 공급 루트와 분리하여 소스가스를 공급하며, 하부에 다수의 분사홀을 형성하여 샤워링 방식에 의해 상기 중성화빔과 소스가스를 증착이 이루어지는 처리공간으로 균일하게 분사하는 샤워헤드와; 상기 샤워헤드의 상부에 형성되어 플라즈마 발생을 위한 외부 RF 전원이 공급되는 RF 인가부를 포함하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치를 제공한다.

중성화빔, 샤워헤드, 플라즈마

Description

중성화빔을 이용한 표면처리장치{SURFACE PROCESSING APPARATUS USING NEUTRAL BEAM}

도 1은 일반적인 플라즈마를 이용한 박막증착장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치를 나타낸 단면도이다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치의 구성요소를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 중성화빔을 이용한 장치에 관한 것으로, 상세하게는 대면적 기판 처리에 유리하고, 중성화빔 형성시 발생하는 열로 인한 샤워헤드의 변형, 샤워헤드내의 불순물 생성을 방지할 수 있는 중성화빔을 이용한 표면처리장치에 관한 것이 다.

건식 식각이나, 물리적 또는 화학적 기상 증착, 감광제 세정 및 기타 표면 처리 등의 단위 공정에 있어서, 플라즈마를 이용한 방법이 널리 이용되고 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마를 이용한 박막증착장치(100)를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 이용한 박막증착장치(100)는 저온에서 양질의 박막을 증착하기 위한 방법으로, 플라즈마 분사시 하부에 형성된 다수의 홀을 이용하는 샤워링(showering) 방식을 통해 소스가스와 반응가스와의 반응을 보다 활성화시킨다.

여기서, 박막증착장치(100)는 하부에 배기구(170)가 형성되고 내부 환경을 진공상태로 유지하는 챔버(110; chamber)와, 상기 챔버의 상부에 위치하며 하부에 다수의 분사홀을 형성하여 소스가스 공급부 및 반응가스 공급부로부터 공급된 소스가스 및 반응가스를 분사하는 샤워헤드(140)와, 상기 샤워헤드에 의해 분사되는 반응가스에 의해 활성화된 소스가스 이온이 박막으로 증착되는 웨이퍼 또는 기판(이하, 기판)(120)을 지지함과 동시에 소정의 열원을 제공하는 히터(130)를 구비한다.

또한, 샤워헤드(130)는 상부에 소스가스 공급부 및 반응가스 공급부로부터 소스가스 및 반응가스가 공급되는 가스 공급구(미도시)를 형성한다.

또한, 샤워헤드(140)에는 내부에서의 플라즈마 발생을 위한 RF 전원 공급부(160)가 연결된다.

이와 같이 구성된 박막증착장치(100)에서, 기판(120) 상의 박막 증착 과정은 다음과 같다.

즉, 히터(130)가 열에너지를 공급하여 증착대상인 기판(120)을 가열하고, 상부에 형성된 샤워헤드(140)에 고주파 전원이 인가되면, 상기 샤워헤드 내부가 전기적인 방전으로 인해 전하를 띤 플라즈마를 생성한다. 이때, 샤워헤드(140)에 공급된 소스가스 및 반응가스는 전하를 띤 양이온과 전자, 라디컬 이온으로 이온화되고, 플라즈마 상태의 반응가스가 소스가스를 활성화시켜 상기 샤워헤드에서 분사된 소스가스 이온이 기판(120)상에 박막으로 증착된다.

그러나, 상부에 형성된 샤워헤드(140)에서 소스가스와 반응가스 이온을 함께 분사하므로, 반응가스와 소스가스가 기판(120) 상부에서 가스 상태로 반응하거나 상기 기판 표면에 약한 박막을 형성한다. 이러한 박막 증착 방법은 저온에서 단단한 막을 형성하지 못할뿐 만아니라, 박막 증착시 플라즈마 상태에서의 극성을 띤 전하에 의해 하부 박막에 플라즈마 데미지를 줄 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 원자층 증착 방법이 사용되고 있으나, 증착 속도가 떨어지는 단점이 있다.

한편, 상부에 형성된 샤워헤드가 다층의 리플렉터(reflector) 및 콜리미네이터(colliminator)를 갖는 형태로 구성할 수 있다. 이러한 구성에서는 발생된 이온을 리플렉터 및 콜리미네이터에 충돌시켜 중성화빔을 형성함으로써, 박막 증착시 극성을 띤 전하(양전하, 전자)에 의한 플라즈마 데미지를 줄일 수 있다.

그러나, 일반적으로 중성화빔을 이용한 샤워헤드 장치는 유도코일에 유도전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 ICP(Inductive Coupled Plasma) 타입의 발생장치를 사용하므로, 대면적 글라스 표면 처리에 불리하고, 형성된 중성화빔의 균일 한 분사에 제약을 받는다.

또한, 이러한 중성화빔 형성시 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있는 방법이 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 샤워헤드 사용에 따라 중성화빔을 균일하게 분사할 수 있을뿐만 아니라, 소스가스의 공급루트와 반응가스의 공급루트를 분리하여 형성함으로써 상기 소스가스와 반응가스의 선반응에 의한 문제점을 해결할 수 있는 중성화빔을 이용한 표면처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, CCP 타입의 샤워헤드를 구성하여 대면적 기판 처리에 유리하며, 냉각부를 형성하여 열로 인한 샤워헤드의 변형, 샤워헤드내의 불순물 생성을 방지할 수 있는 중성화빔을 이용한 표면처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 리플렉터 상에 (-) DC 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마 이온의 중성화율을 향상시킬 수 있을뿐만아니라, 생성된 중성화빔의 이동통로 상에 (+) DC 바이어스 전압을 인가하여, 잔존하는 2차 전자에 의해 발생할 수 있는 데미지를 줄이고, 저온에서 양질의 박막을 증착시킬 수 있는 중성화빔을 이용한 표면처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 발생부의 하부에 형성되어 상기 플라즈마를 중성화빔으로 전환시키는 중성화빔 생성부와, 상기 중성화빔 생성부의 하부에 형성되어 상기 중성화빔 생성부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부의 하부에 형성되어 소스가스가 공급되고, 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 중성화빔과 상기 소스가스를 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사하는 소스가스 주입부를 구비하는 샤워헤드와; 상기 샤워헤드의 상부에 형성되어 플라즈마 발생을 위한 외부 RF 전원이 공급되는 RF 인가부를 포함하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치를 제공한다.

또한, 상기 샤워헤드는, 플라즈마 생성공간으로서 플라즈마 발생부와, 중성화빔 생성공간으로서 상기 플라즈마 발생부의 하부에 형성되는 중성화빔 생성부와, 상기 중성화빔 생성부의 하부에 형성되어 상기 중성화빔 생성부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부의 하부에 형성되어 소스가스가 공급되는 소스가스 주입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플라즈마 발생부는, 상기 RF 인가부의 하부에 형성되어 상호 연결된 부분과 전기적으로 절연시켜주는 절연부재와, 상기 절연부재에 의해 형성된 내부 공간으로 유입된 반응가스를 플라즈마 이온 상태로 변환시키는 플라즈마 발생 공간을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중성화빔 생성부는, 상기 플라즈마 발생부로부터 생성된 플라즈마 이온을 반사시켜 중성화빔으로 전환시키는 리플렉터와, 상기 리플렉터를 관통하여 형성되며 상기 중성화빔이 상기 처리공간으로 이동하게 하는 통로인 복수의 유도관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리플렉터에 (-)바이어스 단자를 형성하고, 상기 (-)바이어스 단자에 (-) 전압을 인가하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 처리공간을 둘러싸는 챔버의 내벽 일측에 (+) 바이어스 단자를 형성하고, 상기 (+)바이어스 단자에 (+) 전압을 인가하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샤워헤드의 소스가스통의 일측에 (+) 바이어스 단자를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각부는, 공급된 냉수가 가열된 상기 중성화빔 생성부를 유통하여 상기 중성화빔 생성부를 냉각시키는 냉각통과, 상기 냉각통의 일측면과 연결되어 냉수 공급부로부터 상기 냉수가 상기 냉각통으로 유입되게 하는 냉수 유입관과, 상기 냉각통의 타측면과 연결되어 상기 냉각통에 제공된 냉수를 외부로 배출시키는 냉수 유출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소스가스 주입부는, 공급된 소스가스를 저장하여 상기 처리공간으로 상기 소스가스 분사시 균일하게 분포되도록 하는 소스가스통과, 상기 소스가스통의 일측면 또는 하부 일측과 연결되어 소스가스 공급부로부터 상기 소스가스통으로 소스가스가 유입되게 하는 소스 유입관과, 상기 소스가스통의 하부면에 형성되어 상기 소스가스가 상기 처리공간으로 분사되게 복수의 소스가스홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소스가스통의 하부면에는 상기 복수의 유도관이 관통하는 복수의 관통홀을 형성하고, 상기 복수의 소스가스홀은 상기 복수의 관통홀보다 직경을 더 크게 하여 형성하거나 상기 복수의 관통홀이 형성된 사이 공간에 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 RF 인가부는, 일측면에 형성되어 상기 외부 RF 전원이 연결되는 RF 전극판과, 상기 RF 전극판을 통해 인가된 고주파 전원이 상기 RF 인가부 전체에 균일하게 확산되도록 하는 RF 분배판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 공급된 반응가스가 상기 RF 인가부의 하부에 형성되는 플라즈마 발생 공간에 균일하게 분포되도록, 상기 RF 분배판을 관통하여 형성되는 가스 디스트리뷰터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1 클리닝 가스를 제공하는 제1 클리닝 시스템을 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와 병렬 배치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2 클리닝가스를 제공하는 제2 클리닝 시스템을 상기 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와 병렬 배치하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(200)를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(200)는, 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하고, 생성된 플라즈마를 중성입자 이온(이하, 중성화빔)으로 전환시키고, 반응가스 공급 루트와 분리하여 소스가스를 공급하며, 하부에 다수의 분사홀을 형성하여 샤워링 방식에 의 해 상기 중성화빔과 소스가스를 증착이 이루어지는 처리공간(211)으로 균일하게 분사하는 샤워헤드(240)를 구비한다.

또한, 상기 샤워헤드의 상부에 형성되어 플라즈마 발생을 위한 외부 RF 전원이 공급되는 RF 인가부(220)를 구비한다.

또한, 상기 RF 인가부의 상부에는 반응가스가 유입되는 반응가스 유입구(230)가 형성되는데, 상기 반응가스 유입구의 외주면에 원통형의 제1 절연부재(231)가 장착되어 상기 반응가스 유입구를 상기 RF 인가부와 전기적으로 절연되게 한다.

또한, 상기 RF 인가부는, 양측에 형성되어 RF 전원 공급부(222)와 연결되는 RF 전극판(223)과, 상기 RF 전극판을 통해 인가된 고주파 전원이 상기 RF 인가부의 원통판 전체에 균일하게 확산되도록 하는 RF 분배판(221)을 포함한다.

샤워헤드(240)는, 플라즈마 생성공간으로서 플라즈마 발생부(250)와, 중성화빔 생성공간으로서 중성화빔 생성부(260)와, 상기 중성화빔 생성부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부(270)와, 반응가스 공급부와 분리하여 독립적인 소스가스 공급 루트(route)로서의 소스가스 주입부(280)를 구비한다.

이하에서, 상기 구성요소에 대해 설명하면 다음과 같다.

플라즈마 발생부(250)는, 상기 RF 인가부의 하부에 형성되는 제2 절연부재(252)와, 상기 제2 절연부재에 의해 형성된 내부 공간으로서, 커패시터 커플링 플라즈마(Capacitor Coupling Plasma) 방식에 의해 유입된 반응가스를 플라즈마 이온 상태로 변환시키는 플라즈마 발생 공간(253)을 구비한다.

또한, 반응가스 유입구(230)를 통해 공급된 반응가스가 상기 플라즈마 발생 공간에 균일하게 분포되도록, RF 분배판(221)의 중앙을 관통하여 상기 플라즈마 발생 공간과 연결되는 가스 디스트리뷰터(224)가 형성된다.

여기서, 상기 제2 절연부재는 도전성을 갖는 RF 인가부(221) 및 중성화빔 생성부(260) 사이를 전기적으로 절연시켜 준다.

또한, 본 발명에서는, 제2 절연부재(252) 및 상기 제2 절연부재 상에 형성된 전도성을 띤 전극으로서 기능하는 RF 분배판(221)에 의해 형성되는 격벽 유전체 공간이 플라즈마 발생 공간(253)으로서 역할을 수행한다. 즉, 플라즈마 발생부(250)는, ICP(Inductive Coupled Plasma) 방식이 아니라 CCP(Capacitor Coupled Plasma) 방식에 의해 플라즈마 발생을 유도한다.

중성화빔 생성부(260)는 플라즈마 발생부(250)의 하부에 형성되어 상기 플라즈마 발생부에서 생성된 플라즈마 이온을 중성화빔으로 전환시키고, 전환된 중성화빔이 처리공간(211)에 분사되도록 유도한다.

여기서, 중성화빔 생성부(260)는, 플라즈마 발생부(250)의 하부에 형성되어, 상기 플라즈마 발생부로부터 생성된 플라즈마 이온을 반사시켜 중성화빔으로 전환시키는 리플렉터(reflector)(261)와, 상기 리플렉터를 관통하는 복수개의 파이프 형태로 구성하여 상기 전환된 중성화빔이 처리공간(211)으로 이동하게 하는 유도관(262)을 구비한다.

또한, 리플렉터(261)를 수직관통하여 (-) 바이어스 단자(263)가 형성된다. 이때, 상기 (-) 바이어스 단자를 통해 상기 리플렉터와 (-) DC 바이어스 공급부 (268)가 연결되고, 이를 통해 상기 리플렉터에 (-) DC 바이어스(Bias) 전압이 인가된다.

즉, (-) DC 바이어스 전압이 리플렉터(261)에 인가되면, 상기 리플렉터가 플라즈마의 양이온은 끌어당기고 전자는 반사시켜 중성입자로 전환시킴으로써 이온의 중성화 비율을 높일 수 있게 한다.

또한, (-) 바이어스 단자(263)의 외주면에 원통형의 제3 절연부재(264)를 형성하여, 도전성을 띠는 상기 리플렉터와 상기 (-) 바이어스 단자를 전기적으로 절연시킨다.

여기서, 생성된 플라즈마 이온이 상기 리플렉터에 의해 반사된 후 중성화빔으로 전환되는 이론적 메카니즘의 토대는, 비.에이.헬머(B.A.Helmer) 및 디.비.그래이브스(D.B.Graves)에 의해 발표된 논문 "Molecular dynamics simulations of C12+ impacts onto a chlorinated silicon surface: Energys and angles of the reflected C12 and C1 fragments"(J.Vac.Sci. Technol. A 17(5), Sep/Oct 1999)에 근거하고 있다.

냉각부(270)는, 중성화빔 생성부(260)의 하부에 배치되어, 상기 중성화빔 생성부에 (-) DC 바이어스 인가 및 중성화빔 형성에 따라 발생하는 열을 냉각시킨다.

여기서, 냉각부(270)는, 냉수 공급부(272)로부터 제공되는 냉수를 저장하는 냉각통(273)과, 상기 냉각통의 일측면과 연결되어 상기 냉수 공급부로부터 제공되는 냉수가 상기 냉각통에 유입되게 하는 냉수 유입관(271)과, 상기 냉각통의 타측면과 연결되어 상기 냉각통에 제공된 냉수를 외부로 배출시키는 냉수 유출관(274) 을 구비한다.

또한, 냉각통(273)은 공급된 냉수가 리플렉터(261) 및 복수개의 유도관(262) 사이를 유통하여 상기 리플렉터 및 복수개의 유도관을 냉각시킨다.

또한, 냉수 공급부(272)는 냉수 저장 탱크 등의 냉수 공급원과, 상기 냉수 공급원으로부터 냉수 유입관(271)으로의 냉수 제공시 물의 유량을 제어하는 수량제어기(flow meter)를 구비한다.

소스가스 주입부(280)는 냉각부(270)의 하부에 배치되어, 소스가스 공급 루트를 반응가스 공급 루트와 분리한다. 이를 통해, 반응가스와 소스가스를 함께 샤워헤드(240)에 제공함으로써 나타나는 선반응 등의 제반 문제를 해결할 수 있게 한다.

또한, 소스가스 주입부(280)는, 소스가스 공급부(282)로부터 제공되는 소스가스를 저장하여, 처리공간(211)으로 상기 소스가스 분사시, 균일하게 분포되도록 하는 소스가스통(283)과, 상기 소스가스통의 일측면 또는 하부 일측과 연결되어, 상기 소스가스 공급부로부터 상기 소스가스통으로 소스가스가 유입되게 하는 소스 유입관(281)을 구비한다.

또한, 소스가스통(283)의 하부면에는, 중성화빔이 분사되는 루트와 분리하여, 상기 소스가스통에 유입된 소스가스가 처리공간(211)으로 분사되게 하는 복수의 소스가스홀(284)이 형성된다.

즉, 유도관(262)은 냉각부(270) 및 소스가스 주입부(280)를 관통하므로, 리플렉터(261)를 통해 전환된 중성화빔은 상기 유도관을 통해 처리공간(211)으로 분 사되고, 소스가스는 상기 복수의 소스가스홀을 통해 상기 처리공간으로 분사되는 방식이다.

샤워헤드(240)의 하부에는 챔버(210)가 형성되는데, 상기 챔버는 하부에 배기구(미도시)가 형성하여 그 내부 환경을 진공상태로 유지하도록 한다.

또한, 상기 챔버 내부에는 상기 샤워헤드에 의해 분사되는 중성화빔 및 상기 중성화빔에 의해 활성화된 소스가스 이온이 분사되는 처리공간(211)과, 상기 처리 공간의 하부에 형성되고 상기 소스가스 이온에 의해 박막이 증착되는 기판(미도시)과, 상기 기판을 지지함과 동시에 상기 기판에 소정의 열원을 제공하는 히터(212)를 구비한다.

반응가스 공급부(232)는 유량제어기(MFC:Mass Flow Controller) 및 복수의 유입밸브를 통해 반응가스 탱크 등의 가스원으로부터 반응가스 유입구(230)에 공급되는 반응가스의 유량을 조절한다.

소스가스 공급부(282)의 경우에도 유량제어기(MFC) 및 복수의 유입밸브를 통해 소스가스 탱크 등의 가스원으로부터 소스가스 유입관(281)에 공급되는 소스가스의 유량을 조절한다.

또한, RF 전원 공급부(222)는 고주파 안테나로서, 루프형, 나선형의 안테나 또는 그 밖에 다른 형태로 챔버 내부 또는 외부에 설치될 수 있다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(200)의 구성요소를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(200)는 전체적 으로 원통 형태를 가지는데, 도 3a는 상기 박막증착장치에서 RF 인가부(220)의 측단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, RF 인가부(220)는 외부 RF 전원 인가시 인가된 고주파 전원이 원통판 전체로 균일하게 확산되게 하는 전도성이 좋은 양도체의 RF 분배판(221)을 형성된다.

또한, 면 접촉이 최대한 넓게 고르게 분포되도록 상기 RF 분배판의 양측에 RF 전극판(223)을 형성한다. 이때, 상기 RF 전극판은 Ag, Au 금속이 도금된 원형태로 구성하여 외부 RF 전원의 효율적인 공급이 이루어지도록 하며, 외부 RF 전원과 상기 RF 전극판은 전선(225)을 통해 상호간에 연결이 되어 고주파 전원이 인가된다.

또한, RF 인가부(220)의 상부에는 반응가스 유입구(미도시)가 형성되고, 상기 RF 인가부의 하부에는 플라즈마 발생공간(미도시)이 형성된다. 이때, 상기 반응가스 유입구를 통해 공급된 반응가스가 상기 플라즈마 발생 공간에 균일하게 분포되도록, RF 분배판(221)의 중앙을 관통하여 상기 플라즈마 발생 공간과 연결되는 가스 디스트리뷰터(224)가 형성된다.

도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치에서 중성화빔 생성부(260)를 나타낸 도면이다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 중성화빔 생성부는 원판 형태로서, 플라즈마 발생부로부터 생성된 플라즈마 이온을 반사시켜 중성입자로 전환시키는 리플렉터(reflector)(261)와, 상기 전환된 중성입자의 이동 통로로서 상기 리플렉터를 수 직 관통하여 복수개 형성되는 유도관(262)을 구비한다.

또한, 상기 복수개의 유도관(262)은 수직으로 길게 뻗어 있는 파이프 형태로서 상기 리플렉터(261)를 수직 관통하여 형성될 수 있다.

또한, 리플렉터(261)와 상기 리플렉터를 관통하여 형성되는 복수개의 유도관(262)은 일체로 형성되거나, 상기 원통형의 리플렉터상에 복수개의 홀(이하, 제1 관통홀)(262a)을 뚫고 이와 연결된 파이프의 형태로 결합될 수 있다.

또한, 원판 형태의 리플렉터(261)의 측면에 수직 관통하여 (-) 바이어스 단자(263)가 형성된다. 이때, 상기 (-) 바이어스 단자를 통해 상기 리플렉터와 (-) DC 바이어스 공급부(미도시)를 연결하고, 상기 리플렉터에 (-) DC 바이어스(Bias) 전압이 인가된다.

즉, (-) DC 바이어스 전압이 상기 리플렉터에 인가되면, 상기 리플렉터는 플라즈마의 양이온은 끌어당기고 전자는 반사시켜 중성입자로 전환시키며, 전환된 중성입자는 상기 리플렉터를 관통하여 형성된 유도관(262)을 따라 처리공간으로 이동 한다. 이때, 이동중에 상기 유도관내에서 전반사하면서 이온의 중성화 비율을 높일 수 있게 된다.

또한, (-) 바이어스 단자(263)의 외주면에 원형의 제3 절연부재(미도시)를 형성할 수 있는데, 이는 도전성을 띠는 리플렉터(261)와 (-) 바이어스 단자(263)를 전기적으로 절연시킨다.

도 3c는 도 3b에 도시된 중성화빔 생성부에서 리플렉터(261)의 제1 관통홀(262a)의 모양을 나타낸 단면도이다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 중성화빔 생성부의 리플렉터(261)는 원판 형태이고, 그 내부를 관통하여 긴 파이프 형태의 이동로(262b)를 갖는 복수개의 유도관(262)이 형성되는데, 제1 관통홀(262a)은 원형홀, 사각홀, 별모양 홀, 8각 홀, 십자형 홀, 크라운 홀 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.

도 3d는 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치에서 냉각부(270)를 나타낸 단면도로서, 상부 도면은 상기 냉각부의 측단면도이고, 하부도면은 상기 냉각부의 평면도이다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 냉각부(270)는, 공급된 냉수가 가열된 리플렉터(261) 및 복수개의 유도관(262) 사이를 유통하여 상기 리플렉터 및 복수개의 유도관을 냉각시키는 냉각통(273)과, 상기 냉각통의 일측면과 연결되어 냉수 공급부로부터 상기 냉수가 상기 냉각통으로 유입되게 하는 냉수 유입관(271)과, 상기 냉각통의 타측면과 연결되어 상기 냉각통에 제공된 냉수를 외부로 배출시키는 냉수 유출관(274)을 구비한다.

또한, 상기 냉각통은 상부가 개방되고 내부가 비어있는 원통 형태로서, 내부 공간에 리플렉터(261) 및 복수개의 유도관(262)이 형성된 중성화빔 생성부가 삽입될 수 있다.

또한, 상기 냉각통의 일측면은 냉수공급부로부터 냉수가 공급되도록 냉수 유입관(271)이 연결된다. 이때, 상기 냉수 유입관을 통해 유입된 냉수는 상기 냉각통에 삽입된 상기 복수개의 유도관 사이의 틈새 공간 상을 흐르면서 상기 리플렉터와 복수개의 유도관을 냉각시키게 된다.

또한, 냉각이 이루어진 후에는 상기 냉각통의 타측면에 형성된 냉수 유출관(274)을 통해 온도가 상승된 냉수를 외부로 유출하는데, 냉수의 흐름은 유체의 압력에 따라 냉수 유입관(271) 쪽에서 냉수 유출관(274)쪽으로 흐르게 된다.

또한, 냉각통(273)에 연결되는 냉수 유입관(271)과 냉수 유출관(274)의 개수는 2개외에도 짝수의 형태로 4개 또는 그 이상으로 형성될 수 있다. 가령, 냉수 유입관이 2개 형성되고 냉수 유출관이 2개 형성될 경우에는, 그 배치에 있어 냉수 유입관은 냉수 유입관끼리, 냉수 유출관은 냉수 유출관끼리 대향되게 배치하여, 유체의 흐름이 원활하게 한다(가령, 상하부에 형성된 냉수 유입관을 통해 냉수가 유입되고, 냉각후 좌우 측면에 형성된 냉수 유출관을 통해 냉각후의 냉수가 유출되게 한다).

또한, 냉각통(273)의 커버는 유입된 냉수가 외부로 누설되는 것을 방지하도록 냉각통의 상부면을 제외한 측면 및 하부면을 둘러싼다.

또한, 냉각통(273)의 하부면에는 복수개의 유도관(262)이 관통하는 복수개의 제2 관통홀(미도시)을 형성하며, 상기 제2 관통홀의 형성에 따른 냉수의 유출이 없도록 상기 제2 관통홀의 틈새공간은 밀봉된다.

도 3e는 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치에서 소스가스 주입부(280)를 나타낸 도면이고, 좌측 도면은 상기 소스가스 주입부의 사시도이고, 우측 도면은 상기 소스가스 주입부의 평면도이다.

도 3e에 도시된 바와 같이, 소스가스 주입부(280)는, 소스가스 공급부로부터 제공되는 소스가스를 저장하여, 처리공간으로 분사시, 균일하게 분포되도록 하는 소스가스통(283)을 구비한다.

또한, 상기 소스가스통은 상부가 개방되고 내부가 비어있는 원통 형태로서, 내부 공간에 복수개의 유도관(262)이 삽입될 수 있다.

또한, 상기 소스가스통의 커버는 유입된 소스가스가 외부로 누설되는 것을 방지하도록 상기 소스가스통의 상부면을 제외한 측면 및 하부면을 둘러싼다.

또한, 상기 소스가스통의 하부면에는 복수개의 유도관이 관통하는 제3 관통홀(262c)을 형성한다.

또한, 상기 소스가스통의 하부면에는 중성화빔이 유동하는 유도관과 분리하여, 상기 소스가스통에 유입된 소스가스가 처리공간으로 분사되게 하는 복수의 소스가스홀(284)이 형성된다. 이때, 복수의 소스가스홀(284)은, 우측 상부 도면과 같이, 복수의 제3 관통홀(262c)보다 직경을 더 크게 하여 상기 복수의 제3 관통홀을 둘러싸서 형성되는 그 틈새 공간으로 형성할 수 있다. 또한, 우측 하부 도면과 같이, 복수의 소스가스홀(284)은 복수의 제3 관통홀(262c)의 사이 공간에 독립적으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 냉각통, 소스가스통을 관통하는 유도관을 따라 중성화빔이 처리공간으로 분사되고, 복수의 소스가스홀(284)을 통해 소스가스가 처리공간으로 분사되는 방식으로 구성한다. 이를 통해, 소스가스 분사 루트와 중성화빔 분사 루트가 분리되어 이루어짐으로써, 반응가스와 소스가스가 함께 제공됨으로써 나타나는 선반응 등의 제반 문제를 해결할 수 있게 한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(300)를 나타낸 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(300)는 도 2 및 도 3a 내지 도 3e에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(200)와 유사한 구성 방식이므로, 그 차이점을 중심으로 설명한다.

중성화빔 생성부(260)의 리플렉터(261)에 연결된 (-) 바이어스 단자(263)에 (-) DC 바이어스 전압을 인가하여, 플라즈마 발생부(250)에서 생성된 플라즈마 이온을 중성입자로 전환시키더라도, 여전히 유도관(262)을 따라 이동하는 중성화빔에 의한 2차 전자가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(300)에서는, 이러한 2차 전자에 의한 데미지(damage)를 없애기 위해 중성화빔이 분사되는 처리공간(211)을 둘러싸는 챔버(210)의 내벽 양측에 (+) 바이어스 단자(363)을 형성한다.

또한, 소스가스 주입부(280)의 소스가스통(283)의 일측에 (+) 바이어스 단자(미도시)를 형성할 수 있다.

이때, 상기 (+) 바이어스 단자에 (+) DC 바이어스 공급부(360)를 연결하여 (+) DC 바이어스(Bias) 전압을 인가함으로써, 중성화빔에 의한 2차 전자를 접지쪽으로 끌어당겨 처리공간으로 분사되는 반응가스 이온의 중성화 비율을 높일 수 있게 한다.

여기서, (+) 바이어스 단자는 전도성 좋은 금속이 도금된 원형판 또는 금속 판의 형태로, 챔버 내벽의 일측에 형성되거나, 소스가스통(283)의 일측에 형성될 수 있다.

또한, (-) 바이어스 단자(263)가 연결되는 리플렉터(261)와 (+) 바이어스 단자가 연결되는 소스가스통(283) 및 유도관(263)은 전도성이 좋은 금속이 바람직하다.

또한, 반응가스 유입에 따라 챔버(210) 내부, 및 샤워헤드(240)에 막이 증착될 수 있다. 이때, 증착된 막은 챔버(210) 내부 또는 샤워헤드(240)를 부식시키므로, 막이 증착되지 않도록 하거나 증착된 막을 제거하는 크리닝 가스(cleaning gas)를 제공하는 반응가스 크리닝 시스템(330)을 반응가스 공급부(232)와 병렬 배치하여 반응가스 유입구(230) 상에 형성한다.

또한, 반응가스 크리닝 시스템(330)은 유량제어기(MFC:Mass Flow Controller) 및 복수의 유입밸브를 통해 크리닝 가스 탱크 등의 가스원으로부터 반응가스 유입구(230)에 공급되는 크리닝 가스의 유량을 조절한다.

미설명 부호 213은 진공 펌프로서, 챔버 내부의 분위기를 진공상태로 유지하게 한다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(400)를 나타낸 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(400)는 도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(300)와 유사한 구성 방식이므로, 그 차이점을 중심으로 설명한다.

소스가스 유입에 의해서도 챔버(210) 내부, 및 샤워헤드(240)에 막이 증착될 수 있다. 따라서, 소스가스 유입에 따라 상기 챔버 내부 및 샤워헤드의 구성요소를 부식시키는 것을 방지하기 위해, 소스가스 공급부(282)와 병렬 배치하여 소스가스 크리닝 시스템(430)이 형성될 수 있다.

즉, 상기 챔버 내부 또는 샤워헤드에 막이 증착되지 않도록 하거나 증착된 막을 제거하는 크리닝 가스(cleaning gas)를 제공하는 소스가스 크리닝 시스템(430)을 소스가스 유입관(281)상에 형성한다.

또한, 소스가스 크리닝 시스템(430)은 유량제어기(MFC) 및 복수의 유입밸브를 통해 크리닝 가스 탱크 등의 가스원으로부터 소스가스 유입관(281)에 공급되는 크리닝 가스의 유량을 조절한다.

또한, 반응가스 크리닝 시스템(330) 및 소스가스 크리닝 시스템(430)에 제공하는 크리닝 가스는 모드 동일한 가스 형태이나, 필요에 따라 다른 가스 형태가 사용될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치에 살펴보았으나 이에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마를 이용하는 건식 식각이나, 물리적 또는 화학적 기상 증착, 감광제 세정 및 기타 표면 처리 등의 단위 공정에 사용되는 다양한 형태의 반도체, FPD 표면처리장치에 적용할 수 있다 할 것이다.

따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것 이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 중성화빔을 이용한 표면처리장치는 단일의 샤워헤드 사용에 따른 중성화빔의 균일한 분사외에도, 소스가스의 공급루트와 반응가스의 공급루트를 분리하여 형성함으로써 소스가스와 반응가스의 선반응에 의한 문제점을 해결할 수 있다.

또한, CCP 타입의 샤워헤드를 구성하여 대면적 기판 처리에 유리하며, 냉각부를 형성하여 열로 인한 샤워헤드의 변형, 샤워헤드내의 불순물 생성을 방지할 수 있게 한다.

또한, 리플렉터 상에 (-) DC 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마 이온의 중성화율을 향상시킬 수 있을뿐만아니라, 생성된 중성화빔의 이동통로 상에 (+) DC 바이어스 전압을 인가하여, 잔존하는 2차 전자에 의해 발생할 수 있는 데미지를 줄이고, 저온에서 양질의 박막을 증착시킬 수 있게 한다.

또한, 반응가스 및 소스가스 유입과 함께 각각에 클리닝 가스도 같이 제공하여 반응가스 및 소스가스의 공급에 따른 챔버 및 샤워헤드 등의 장치내 구성요소가 부식되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (14)

1. 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 발생부의 하부에 형성되어 상기 플라즈마를 중성화빔으로 전환시키는 중성화빔 생성부와, 상기 중성화빔 생성부의 하부에 형성되어 상기 중성화빔 생성부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부의 하부에 형성되어 소스가스가 공급되고, 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 중성화빔과 상기 소스가스를 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사하는 소스가스 주입부를 구비하는 샤워헤드와;

   상기 샤워헤드의 상부에 형성되어 플라즈마 발생을 위한 외부 RF 전원이 공급되는 RF 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플라즈마 발생부는, 상기 RF 인가부의 하부에 형성되어 상호 연결된 부분과 전기적으로 절연시켜주는 절연부재와, 상기 절연부재에 의해 형성된 내부 공간으로 유입된 반응가스를 플라즈마 이온 상태로 변환시키는 플라즈마 발생 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 중성화빔 생성부는, 상기 플라즈마 발생부로부터 생성된 플라즈마 이온을 반사시켜 중성화빔으로 전환시키는 리플렉터와, 상기 리플렉터를 관통하여 형성되며 상기 중성화빔이 상기 처리공간으로 이동하게 하는 통로인 복수의 유도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 리플렉터에 (-)바이어스 단자를 형성하고, 상기 (-)바이어스 단자에 (-) 전압을 인가하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 처리공간을 둘러싸는 챔버의 내벽 일측에 (+) 바이어스 단자를 형성하고, 상기 (+)바이어스 단자에 (+) 전압을 인가하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 샤워헤드의 소스가스통의 일측에 (+) 바이어스 단자를 형성하고, 상기 (+)바이어스 단자에 (+) 전압을 인가하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 냉각부는, 공급된 냉수가 가열된 상기 중성화빔 생성부를 유통하여 상기 중성화빔 생성부를 냉각시키는 냉각통과, 상기 냉각통의 일측면과 연결되어 냉수 공급부로부터 상기 냉수가 상기 냉각통으로 유입되게 하는 냉수 유입관과, 상기 냉각통의 타측면과 연결되어 상기 냉각통에 제공된 냉수를 외부로 배출시키는 냉수 유출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 소스가스 주입부는, 공급된 소스가스를 저장하여 상기 처리공간으로 상기 소스가스 분사시 균일하게 분포되도록 하는 소스가스통과, 상기 소스가스통의 일측면 또는 하부 일측과 연결되어 소스가스 공급부로부터 상기 소스가스통으로 소스가스가 유입되게 하는 소스 유입관과, 상기 소스가스통의 하부면에 형성되어 상기 소스가스가 상기 처리공간으로 분사되게 복수의 소스가스홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 소스가스통의 하부면에 상기 중성화빔을 상기 처리공간으로 이동하게 하는 복수의 유도관이 관통하는 복수의 관통홀을 형성하고, 상기 복수의 소스가스홀은 상기 복수의 관통홀보다 직경을 더 크게 하여 형성하거나 상기 복수의 관통홀이 형성된 사이 공간에 형성하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 RF 인가부는, 일측면에 형성되어 상기 외부 RF 전원이 연결되는 RF 전극판과, 상기 RF 전극판을 통해 인가된 고주파 전원이 상기 RF 인가부 전체에 균일하게 확산되도록 하는 RF 분배판을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
11. 제10항에 있어서,

    공급된 반응가스가 상기 RF 인가부의 하부에 형성되는 플라즈마 발생 공간에 균일하게 분포되도록, 상기 RF 분배판을 관통하여 형성되는 가스 디스트리뷰터를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
12. 제1항에 있어서,

    제1 클리닝 가스를 제공하는 제1 클리닝 시스템을 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와 병렬 배치하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
13. 제1항 또는 제12항에 있어서,

    제2 클리닝가스를 제공하는 제2 클리닝 시스템을 상기 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와 병렬 배치하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
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