KR100682077B1

KR100682077B1 - 중성화빔을 이용한 표면처리장치 및 방법

Info

Publication number: KR100682077B1
Application number: KR1020060050433A
Authority: KR
Inventors: 신인철; 윤영호
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2007-02-16

Abstract

본 발명은, ALD 방법에서 플라즈마를 이용하여 증착 속도를 향상시키면서 상기 플라즈마에 의한 데미지를 줄일 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와, 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와, 상기 반응가스 및 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부와, 상기 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하고, 생성된 플라즈마를 중성화빔으로 전환시켜 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 중성화빔과 상기 소스가스를 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사하는 샤워헤드와, 상기 플라즈마 생성을 위해 상기 샤워헤드에 RF 전원을 인가하는 RF 전원부와, 상기 반응가스, 소스가스 및 퍼지가스를 포함하는 공정가스가 한차례씩 공급되는 시간을 1주기로 하고, 상기 공정가스의 시분할 조합은 상기 1주기의 반복에 의해 이루어지게 하여 상기 샤워헤드에 공급하는 제어부를 포함하는 표면처리장치 및 방법을 제안한다.

중성화빔, 샤워헤드, 플라즈마

Description

중성화빔을 이용한 표면처리장치 및 방법{SURFACE PROCESSING APPARATUS USING NEUTRAL BEAM AND METHOD AT THE SAME}

도 1은 일반적인 플라즈마를 이용한 박막증착장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치를 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치에서의 시분할 증착 메카니즘의 바람직한 실시예를 설명하는 도면이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

220: RF 인가부 230: 가스 유입구

240: 샤워헤드 250: 플라즈마 발생부

260: 중성화빔 생성부 270: 냉각부

280: 소스가스 분사부

본 발명은 중성화빔을 이용한 장치에 관한 것으로, 상세하게는 ALD 방법에서 플라즈마를 이용하여 증착 속도를 향상시키면서 상기 플라즈마에 의한 데미지를 줄 일 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

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.

샤워헤드(140)의 상부에는 소스가스 공급부 및 반응가스 공급부로부터 소스가스 및 반응가스가 공급되는 가스 공급구(미도시)가 형성된다.

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.

한편, 반도체 소자의 집적도 및 디자인 룰(Design rule)이 작아지면서 기판 표면에 단차가 존재할 때에 스텝 커버리지(step coverage) 특성을 향상시키기 위하여 원자층 박막 증착(ALD, Atomic Layer Deposition) 기술이 활용되고 있다. 그러나, 이러한 원자층 박막 증착법은 원자층 단위로 증착하다 보니 증착 속도가 매우 낮은 문제점이 있다.

따라서, ALD 방법에서 플라즈마를 이용하여 증착속도를 향상시키면서 상기 플라즈마에 의한 데미지를 줄일 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 중 성화 빔과 소스가스를 시분할 방법으로 주입하여 원자층 단위로 박막을 증착할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

그리고, 상기 원자층 단위의 박막 증착시에도 플라즈마를 이용하여 증착 속도를 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

아울러, 상기 증착 속도를 향상시키면서도 중성화 빔 형태로 주입하여 플라즈마 데미지를 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기판표면처리장치는, 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와, 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와, 상기 반응가스 및 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부와, 상기 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하고, 생성된 플라즈마를 중성화빔으로 전환시켜 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 중성화빔과 상기 소스가스를 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사하는 샤워헤드와, 상기 플라즈마 생성을 위해 상기 샤워헤드에 RF 전원을 인가하는 RF 전원부와, 상기 반응가스, 소스가스 및 퍼지가스를 포함하는 공정가스가 한차례씩 공급되는 시간을 1주기로 하고, 상기 공정가스의 시분할 조합은 상기 1주기의 반복에 의해 이루어지게 하여 상기 샤워헤드에 공급하는 제어부를 포함하여 구성된다.

상기 샤워헤드는, 플라즈마 생성공간으로서 플라즈마 발생부와, 중성화빔 생성공간으로서 상기 플라즈마 발생부의 하부에 형성되는 중성화빔 생성부를 구비한다.

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 구비한다.

또한, 상기 중성화빔 생성부의 하부에 형성되어 상기 중성화빔 생성부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부를 구비한다.

본 발명에 따른 기판표면처리방법은, 상기 반응가스, 소스가스 및 퍼지가스를 포함하는 공정가스가 한차례씩 공급되는 시간을 1주기로 하고, 상기 공정가스의 시분할 조합은 상기 1주기의 반복에 의해 이루어지는 기판의 표면처리방법에 있어서, 상기 공정가스를 공급하는 단계와, 상기 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하는 단계와, 상기 생성된 플라즈마를 중성화빔으로 전환시켜 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 중성화빔과 상기 소스가스를 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사하는 단계로 이루어진다.

상기 공정가스를 공급하는 단계는, 상기 시분할 조합의 1주기 동안에, 상기 퍼지가스를 계속 공급하고 RF 전원을 인가하여 안정적으로 플라즈마를 유지하는 단계와, 상기 소스가스를 공급하는 단계와, 상기 소스가스와 교차하여 상기 반응가스를 공급하는 단계로 이루어진다.

또한, 상기 공정가스를 공급하는 단계는, 상기 시분할 조합의 1주기 동안에, 상기 퍼지가스를 계속 공급하고 RF 전원을 인가하여 안정적으로 플라즈마를 유지하는 단계와, 상기 소스가스를 공급하는 단계와, 상기 소스가스와 교차하여 상기 반 응가스를 공급하는 단계와, 상기 소스가스 공급주기와 상기 반응가스 공급주기 사이에 퍼지주기를 형성하는 단계로 이루어진다.

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 발명에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(400)를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(400)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 의해 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 반응가스 및 퍼지가스가 유입되는 가스 유입구(230)가 형성되는데, 상기 가스 유입구의 외주면에 원통형의 제1 절연부재(231)가 장착되어 상기 가스 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.

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

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 분사부(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, 가스 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, CCP(Capacitor Coupled Plasma) 방식에 의해 플라즈마 발생을 유도한다.

그러나, 상기 플라즈마 발생부(250)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 CCP 방식뿐만 아니라, 나선형 등의 평판형 안테나, 솔레노이드형 안테나, 반구형 안테나 등을 사용하는 ICP(Inductive Coupled Plasma) 방식에 의해서도 가능하다(미도시).

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.

또한, 유도관(262)을 따라 이동하는 중성화빔에 의한 2차 전자가 발생할 수 있는데, 이러한 2차 전자에 의한 데미지(damage)를 없애기 위해 중성화빔이 분사되는 처리공간(211)을 둘러싸는 반응실(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, 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 분사부(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 분사부(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 공급부(282)로부터 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 분사부(280)를 관통하므로, 리플렉터(261)를 통해 전환된 중성화빔은 상기 유도관을 통해 처리공간(211)으로 분사되고, 소스가스는 상기 복수의 소스가스홀을 통해 상기 처리공간으로 분사되는 방식이다.

샤워헤드(240)의 하부에는 반응실(210)이 형성되는데, 상기 반응실은 하부에 배기구(213)를 형성하여 그 내부 환경을 진공상태로 유지하도록 한다.

또한, 상기 반응실 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, 퍼지가스, 및 소스가스를 포함하는 공정가스의 공급은 각각 반응가스 공급부(232), 퍼지가스 공급부(233), 소스가스 공급부(282)를 통해 이루어진다. 상기 반응가스 공급부(232) 및 퍼지가스 공급부(233)는 각각 유량제어기(MFC:Mass Flow Controller) 및 복수의 유입밸브를 통해 반응가스 탱크 및 퍼지가스 탱크 등의 가스원으로부터 가스 유입구(230)에 공급되는 반응가스 및 퍼지가 스의 유량을 조절한다. 또한, 소스가스 공급부(282)의 경우에도 유량제어기(MFC) 및 복수의 유입밸브를 통해 소스가스 탱크 등의 가스원으로부터 소스가스 유입관(281)에 공급되는 소스가스의 유량을 조절한다. 또한, 반응가스, 퍼지가스 및 소스 가스 등의 공정가스 유입에 따라 반응실(210) 내부, 및 샤워헤드(240)에 막이 증착될 수 있다. 이때, 증착된 막은 반응실(210) 내부 또는 샤워헤드(240)를 부식시키므로, 막이 증착되지 않도록 하거나 증착된 막을 제거하는 크리닝 가스(cleaning gas)를 제공하는 크리닝 시스템(330)(430)이 각각 반응가스 공급부(232) 및 소스가스 공급부(282)와 병렬 배치하여 형성될 수 있다. 또한, 반응가스 크리닝 시스템(330) 및 소스가스 크리닝 시스템(430)에 제공하는 크리닝 가스는 모두 동일한 가스 형태이나, 필요에 따라 다른 가스 형태가 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 사용되는 공정가스는 연속적으로 공급되지 않고, 시분할하여 독립적으로 펄스 형태로 공급된다. 이를 위해 상기 반응가스 공급부(232), 퍼지가스 공급부(233), 및 소스가스 공급부(282)와 연결되어 상기 각 공급부(232)(233)(282)의 공급주기를 제어하거나, RF 전원 공급부(222)와 연결되어 RF 전원의 인가주기를 제어하는 제어부(미도시)를 구비한다.

상기 제어부는, 전기적, 기계적 또는 유압식의 방식으로, 상기 각 공급부(232)(233)(282)의 유량제어기와 유입밸브를 조절하여, 상기 공정가스들이 시분할 조합 방식으로 샤워헤드(240)에 공급되게 하여, 중성화빔과 소스가스를 반응시켜 원자층 단위로 박막이 증착되게 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 중성화빔을 이용한 박막증착장치(200)에서의 시분할 증착 메카니즘의 바람직한 실시예를 설명하는 도면이다.

상기 시분할 증착 메카니즘은, 반응가스, 소스가스 및 퍼지가스를 포함하는 공정가스가 한차례씩 공급되는 시간을 1주기로 표시하며, 상기 공정가스의 시분할 조합은 상기 1주기의 반복에 의해 이루어진다.

여기서, 소스가스는 증착하고자 하는 고체막의 금속성분을 포함하는 기체이고, 반응가스는 암모니아와 같이 스스로는 분해하지 않으면서도 소스가스의 반응을 촉진시키거나 또는 산소, 수증기, 이소프로필알콜증기와 같이 분해 및 반응하여 소스가스에서 제공하지 못하는 고체막의 화학 원소를 제공하는 기체이다. 그리고, 퍼지가스는 반응하지 않고 잔류한 소스가스 및 반응가스를 배기하기 위하여 공급하는 기체이다. 헬륨, 아르곤, 질소 기체 등이 주로 퍼지가스로 사용되고, 박막의 성분을 함유한 기체도 반응성이 거의 없다면 퍼지가스로 사용될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 발생에 의해 이를 활성화시키면 반응가스로 전용할 수도 있다. 또한, 상기 언급된 공정가스로 반응가스, 소스가스 및 퍼지가스 이외에 상기 반응가스, 소스가스 및 퍼지가스를 운반하는 운반가스가 사용될 수 있으며, 일반적으로 상기 운반가스는 퍼지가스와 통용하여 사용될 수 있다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 시분할 증착 메카니즘을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 반응실로 기판을 장입하여 히터에 기판을 안착시킨다. 그리고, 기판을 미리 설정된 증착온도로 가열한다(단계101). 다음에, 샤워헤드에 퍼지가스를 계속 공급하고 RF 전원을 인가하여 안정적으로 플라즈마를 유지한다(단계102). 이어서, 상기 샤워헤드에 소스가스를 공급하고, 상기 소스가스와 교차하 여 상기 반응가스를 공급한다(단계103). 이때, 소스가스가 공급되는 동안에 반응가스의 중성화빔은 주입되지 않으며, 반응가스만 공급되고 소스가스가 미주입되는 동안은 상기 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하고 상기 생성된 플라즈마를 중성화빔으로 전환시킨다(단계104). 또한, 소스가스 및 반응가스가 공급되지 않는 동안에도 퍼지가스는 계속 공급되어 미반응의 소스가스 및 반응가스를 퍼지하는 용도로 사용될 수 있다.

이어서, 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 소스가스와 상기 중성화빔이 시분할 조합 방식으로 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사되어 박막을 형성하게 된다(단계105).

이와 같은 1주기 동안의 공정가스들의 시분할 조합에 의해 원자층 단위의 박막이 증착되고, 전체 증착공정은 이러한 1주기의 반복에 의해 이루어진다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시분할 증착 메카니즘을 설명하는데, 상기 전술한 도 3에 따른 시분할 증착 메카니즘과 차이점을 위주로 설명한다. 여기서는, 도 3의 본 발명의 일실시예에 따른 시분할 증착 메카니즘에서의 소스가스 공급주기 및 반응가스 공급주기보다 각각 소스가스 및 반응가스의 공급주기를 더 짧게 하여 퍼지시키는 시간을 증가시킬 수 있다.

즉, 1주기 동안에 상기 반응가스와 상기 소스가스는 교차하여 서로 번갈아 가며 공급하되, 상기 소스가스 공급주기와 상기 반응가스 공급주기 사이에 퍼지주기를 형성한다.

따라서, 별도의 퍼지가스를 공급하는 시간을 줄일 수 있어, 전체 공정시간을 감소시킬 수 있게 된다.

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 것이다.

본 발명에 의하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 중성화 빔과 소스가스를 시분할 방법으로 주입하여 원자층 단위로 박막을 증착할 수 있어 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 플라즈마를 이용하므로 상기 원자층 증착시에도 증착 속도를 향상시킬 수 있다.

세째, 플라즈마 이용에 따라 증착 속도를 향상시키면서도 중성화 빔 형태로 주입하므로 플라즈마 데미지를 줄일 수 있다.

Claims

반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와;

소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와;

상기 반응가스 및 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부와;

상기 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하게 하고, 생성된 플라즈마를 중성화빔으로 전환시켜 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 중성화빔과 상기 소스가스를 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사하는 샤워헤드와;

상기 플라즈마 생성을 위해 상기 샤워헤드에 RF 전원을 인가하는 RF 전원부와;

상기 반응가스, 소스가스 및 퍼지가스를 포함하는 공정가스가 한차례씩 공급되는 시간을 1주기로 하고, 상기 공정가스의 시분할 조합은 상기 1주기의 반복에 의해 이루어지게 하여 상기 샤워헤드에 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
제1항에 있어서,

상기 샤워헤드는, 플라즈마 생성공간으로서 플라즈마 발생부와, 중성화빔 생성공간으로서 상기 플라즈마 발생부의 하부에 형성되는 중성화빔 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
제2항에 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.
제2항에 있어서,

상기 중성화빔 생성부의 하부에 형성되어 상기 중성화빔 생성부에서 발생하는 열을 냉각시키는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
제1항에 있어서,

상기 시분할 조합은, 상기 1주기 동안에 RF 전원과 상기 퍼지가스는 계속 공급하여 안정적으로 플라즈마를 유지하고, 상기 반응가스와 상기 소스가스는 교차하여 서로 번갈아 가며 공급하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
제1항에 있어서,

상기 시분할 조합은, 상기 1주기 동안에 RF 전원과 상기 퍼지가스는 계속 공 급하여 안정적으로 플라즈마를 유지하고, 상기 반응가스와 상기 소스가스는 교차하여 서로 번갈아 가며 공급하되, 상기 소스가스 공급주기와 상기 반응가스 공급주기 사이에 퍼지주기를 형성하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리장치.
반응가스, 소스가스 및 퍼지가스를 포함하는 공정가스가 한차례씩 공급되는 시간을 1주기로 하고, 상기 공정가스의 시분할 조합은 상기 1주기의 반복에 의해 이루어지는 기판의 표면처리방법에 있어서,

상기 공정가스를 공급하는 단계와;

상기 공급된 반응가스가 플라즈마를 생성하는 단계와;

상기 생성된 플라즈마를 중성화빔으로 전환시켜 하부에 형성된 복수의 분사홀을 통해 상기 중성화빔과 상기 소스가스를 피처리물의 처리공간으로 균일하게 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리방법.
제7항에 있어서,

상기 공정가스를 공급하는 단계는,

상기 시분할 조합의 1주기 동안에, 상기 퍼지가스를 계속 공급하고 RF 전원을 인가하여 안정적으로 플라즈마를 유지하는 단계와, 상기 소스가스를 공급하는 단계와, 상기 소스가스와 교차하여 상기 반응가스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리방법.
제7항에 있어서,

상기 공정가스를 공급하는 단계는,

상기 시분할 조합의 1주기 동안에, 상기 퍼지가스를 계속 공급하고 RF 전원을 인가하여 안정적으로 플라즈마를 유지하는 단계와, 상기 소스가스를 공급하는 단계와, 상기 소스가스와 교차하여 상기 반응가스를 공급하는 단계와, 상기 소스가스 공급주기와 상기 반응가스 공급주기 사이에 퍼지주기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화빔을 이용한 표면처리방법.