KR100853626B1

KR100853626B1 - 플라즈마 증착장치 및 방법

Info

Publication number: KR100853626B1
Application number: KR1020060136938A
Authority: KR
Inventors: 전영수
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-08-25
Also published as: KR20080061814A

Abstract

본 발명은, ICP 방식 또는 CCP 방식의 조합에 따른 플라즈마 제어로 우수한 막질 성능을 구현할 뿐만아니라 증착속도의 향상도 도모하는 플라즈마 증착장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 피증착물의 처리공간과, 상기 처리공간의 상부에 형성되어 외부로부터 공급된 반응가스가 플라즈마 반응되는 제1 플라즈마 생성공간과, 상기 제1 플라즈마 생성공간의 하부에 형성되며, 복수의 분사홀을 통해 상기 반응가스 플라즈마와 외부로부터 공급된 소스가스를 상기 처리공간으로 분사하는 샤워헤드와, ICP 방식으로 상기 제1 플라즈마 생성공간을 형성하는 제1 RF 전원 공급부와, 상기 샤워헤드에 RF 전원을 인가하여 CCP 방식에 따라 상기 처리공간을 제2 플라즈마 생성공간으로 형성하는 제2 RF 전원 공급부와, 상기 제1 RF 전원 공급부 및 상기 제2 RF 전원 공급부를 제어하는 RF 제어부를 포함하는 플라즈마 처리장치 및 방법을 제안한다.

ICP, CCP, 갭필러, 플라즈마

Description

플라즈마 증착장치 및 방법{PLASMA DEPOSITION APPARATUS FOR SUBSTRATE AND METHOD AT THE SAME}

도 1 및 도 2는 종래의 플라즈마 증착장치를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 증착장치를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 갭필러 형성과정을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

115 : 처리공간 120 : 기판 또는 웨이퍼

130 : 히터 140 : 샤워헤드

150 : 플라즈마 생성공간 160 : 제 1 RF 전원공급부

170 : 배기구 260 : 제 2 RF 전원공급부

본 발명은 플라즈마 증착장치에 관한 것으로서, 특히, ICP 방식 또는 CCP 방식의 조합에 따른 플라즈마 제어로 우수한 막질 성능을 구현할 뿐만아니라 증착속도의 향상도 도모하는 플라즈마 증착장치 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.

종래의 기판 표면처리장치의 예로 대한민국특허출원 제1997-33864호와 제2001-24902호에 소개된 것들이 있는데, 플라즈마 발생을 위해 ICP 안테나를 전극으로 사용하거나, CCP와 같이 평판을 전극으로 사용할 수 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, 박막증착장치(100)는 상부에 소스가스 공급부 및 반응가스 공급부로부터 소스가스 및 반응가스가 공급되는 가스 공급구(미도시)를 형성한다.

또한, 박막증착장치(100)는 공급된 반응가스의 플라즈마 발생을 위해 플라즈 마 발생부에 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 증착 대상인 기판(120)을 가열하고, 상부에 형성된 플라즈마 발생부에 고주파 전원이 인가되면, 반응가스는 플라즈마 반응된다. 이때, 플라즈마 상태의 반응가스가 소스가스를 활성화시켜 상기 샤워헤드에서 분사된 소스가스가 기판(120)상에 박막으로 증착된다.

도 2는 종래의 플라즈마 증착장치에 대해 보다 구체적으로 나타내고 있는데, 상부에 위치하여 반응가스가 플라즈마 반응되는 플라즈마 발생부는 ICP(Inductive Coupled Plasma) 타입으로 이루어지고 있다. 여기서, 플라즈마 발생부는, 제1 RF 전원공급부(160)에 연결되어 RF 전원이 인가되는 ICP 타입 안테나와, 상기 ICP 방식에 의해 유입된 반응가스를 플라즈마 이온 상태로 변환시키는 플라즈마 생성공간(150)을 구비한다.

도 2에서 반응가스는 플라즈마 생성공간(150)으로 공급되어 플라즈마 반응되어 샤워헤드(140)에 형성된 다수의 유도관(143)을 통해 기판(120)이 위치한 처리공간으로 분사된다.

샤워헤드(140)는 다수의 유도관(143)을 가지는 상판(141)과 상기 유도관(143)이 관통되고 상기 유도관(143)이 관통되는 관통홀과는 별도로 다수의 소스가스홀(144)이 형성된 하판(142)을 포함하여 이루어진다.

상기 상판(141)과 상기 하판(142) 사이에 소스가스를 수용하는 버퍼공간이 형성되며, 외부의 소스가스 공급부(155)로부터 상기 버퍼공간으로 소스가스가 공급된다. 버퍼공간에 공급된 소스가스는 소스가스홀(144)을 통해 하부의 처리공간(115)으로 분사된다. 미설명 부호 154는 반응가스 공급부를 나타내고 156은 RF 차단부로서 수지 또는 세라믹류로 구성되어 샤워헤드(140)를 전기적으로 절연시킨다.

이상에서 도 2의 종래 플라즈마 증착장치는 반응가스 플라즈마 발생부의 구성을 ICP 타입으로 구현하고 있으나, 일반적으로 ICP 타입의 안테나를 이용하여 상기 도2의 표면처리장치에서 증착공정을 행할 경우 증착성능은 우수하나 증착속도가 느린 단점이 있다. 반면에, 상기 플라즈마 발생부의 구성을 ICP 타입 대신에 CCP(Capacitor Coupling Plasma) 타입의 안테나를 이용하여 증착공정을 행할 경우 증착속도는 빠르나 증착성능이 다소 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, RF 전원을 사용하는 플라즈마 증착장치에서 상기 ICP 안테나를 이용할 경우에도 상기 단점을 극복할 수 있는 방안이 요청되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, ICP 방식을 통한 처리공정시의 막질 성능 향상의 장점과 CCP 방식을 통한 처리공정시의 빠른 증착속도의 효과를 절충하여, 기판의 표면처리능력을 극대화시킬 수 있는 플라즈마 증착장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 피증착물의 처리공간, 상기 처리공간의 상부에 형성되어 외부로부터 공급된 반응가스가 플라즈마 반응되는 제1 플라즈마 생성공간, 상기 제1 플라즈마 생성공간의 하부에 형성되며, 복수의 분사홀을 통해 상기 반응가스 플라즈마와 외부로부터 공급된 소스가스를 상기 처리공간으로 분사하는 샤워헤드, ICP 방식으로 상기 제1 플라즈마 생성공간을 형성하는 제1 RF 전원 공급부, 상기 샤워헤드에 RF 전원을 인가하여 CCP 방식에 따라 상기 처리공간을 제2 플라즈마 생성공간으로 형성하는 제2 RF 전원 공급부, 복수의 증착막의 층간 접촉부분을 형성하거나 새로운 증착막을 형성하는 초기 및 마무리 단계에서는 상기 제1 RF 전원 공급부는 온 시키고 상기 제2 RF 전원 공급부는 오프시켜 ICP 방식으로 증착시키고, 그외 새로운 증착막을 형성하는 중간 단계에서는 상기 제2 RF 전원 공급부는 온 시키고 상기 제1 RF 전원 공급부는 오프시켜 CCP 방식으로 증착시키는 RF 제어부를 포함하는 플라즈마 증착장치를 제공한다.

또한, 상기 RF 제어부는 상기 복수의 증착막을 형성하는 경우에는 상기 ICP 방식 및 CCP 방식의 순차적인 조합에 의해 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 RF 제어부는 상기 제1 RF 전원 공급부 및 상기 제2 RF 전원 공급부의 가동 주기를 조절하여 상기 증착막의 두께를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 플라즈마 증착장치에서, 복수의 증착막의 층간 접촉부분을 형성하거나 새로운 증착막을 형성하는 초기 및 마무리 단계에서는 ICP 방식으로 증착시키는 제1단계와, 상기 제1 단계를 제외한 중간 단계에서 새로운 증착막을 CCP 방식으로 증착하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 단계는 교대로 번갈아가며 진행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 압력이 10mTorr 이하에서 상기 ICP 방식으로 막을 증착한 후, CCP 방식으로 막을 증착하여 갭 필러를 형성하는 것을 특징으로 한다.

삭제

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 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 증착장치(200)를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 샤워헤드(140)는, 하부에 배기구(170)가 형성되고 내부 환경을 진공상태로 유지하는 챔버(110)의 상부에 위치하며, 하부에 다수의 분사홀을 형성하여 소스가스 공급부(155) 및 반응가스 공급부(154)로부터 공급된 소스가스 및 반응가스를 분사하게 된다.

상기 샤워헤드(140) 상부에는, 제1 RF 전원공급부(160)에 연결되어 RF 전원이 인가되는 ICP 타입 안테나와, 상기 ICP 방식에 의해 유입된 반응가스를 플라즈마 이온 상태로 변환시키는 플라즈마 생성공간(150) 등으로 이루어지는 플라즈마 발생부가 구비된다. 그래서, 반응가스 플라즈마는 샤워헤드(140)의 분사홀을 통해 아래에 있는 처리공간(115)으로 분사된다.

한편, 본 발명은 ICP 안테나 뿐만아니라 상기 샤워헤드(140)에도 RF 전원을 인가한다. 즉, 샤워헤드(140) 상부의 ICP 안테나에 RF 전원을 인가하는 제1 RF 전원 공급부(160)와, 상기 샤워헤드(140)에 RF 전원을 인가하는 제2 RF 전원공급부(260)을 구비한다. 이때, 상기 샤워헤드(140)에 제2 RF 전원을 인가함에 따라, 상기 샤워헤드(140)는 CCP 타입의 안테나 역할을 하게 된다. 여기서, 상기 CCP(Capacitor Coupling Plasma) 타입 또는 ICP(Inductive Coupled Plasma) 타입의 구성은 종래에 이미 잘 알려지고 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이처럼, 상기 샤워헤드(140)는 제2 RF 전원 공급부(260)에 연결되고, 히터(130)의 지지대와 연결되어 접지된다. 이에 따라 상기 샤워헤드(140) 하부의 처리공간(115)도 제2 플라즈마 상태로 구현할 수 있다. 즉, 상기 샤워헤드(140) 상부의 제1 플라즈마 생성공간(150)과, 상기 샤워헤드(140) 하부의 처리공간에서 제2 플라즈마 생성공간을 구현할 수 있다.

상기 ICP 타입의 제1 RF 전원 공급부(160) 및 상기 CCP 타입의 제2 RF 전원공급부(260)와 연결되어, 상기 제1 RF 전원 공급부(160) 및 상기 제2 RF 전원 공급부(260)의 온/오프(on/off)를 제어하는 RF 제어부(270)를 구비한다. 이를 통해 상기 RF 제어부(270)는 ICP 방식에 의한 플라즈마 발생과 CCP 방식에 의한 플라즈마 발생의 순서를 제어할 수 있다.

또한, 제1 RF 전원 공급부(160) 및 제2 RF 전원 공급부(260)의 가동 주기를 조절하여 증착되는 박막의 두께를 조절할 수 있다.

이상의 ICP 타입의 제1 RF 전원 공급부(160)와 상기 CCP 타입의 제2 RF 전원공급부(260) 및 상기 RF 제어부(270)를 이용한 기판 표면처리과정, 가령, 박막 증착공정을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

먼저, 막질의 성능이 우수해야 하는 층간 접촉부분을 형성하거나 새로운 층의 박막을 형성하는 초기 단계(완성의 초기 0~10% 단계)와 같이 우수한 막질 성능이 필요한 구간에서는, ICP 방식에 따른 플라즈마를 발생시킨다(단계 110). 따라 서, 이경우 RF 제어부(270)는 제1 RF 전원 공급부(160)는 온 시키고, 제2 RF 전원 공급부(260)는 오프시킨다.

이후, 막질 성능보다 증착속도의 향상이 필요한 구간에서는 CCP 방식에 따른 플라즈마를 발생시킨다(단계 120). 가령, 새로운 층의 박막을 형성하는 중간 단계(완성의 10~90% 단계)에서는 CCP 방식에 따른 플라즈마를 발생시킨다. 따라서, 이경우 RF 제어부(270)는 제2 RF 전원 공급부(260)는 온 시키고, 제1 RF 전원 공급부(160)는 오프시킨다.

이후, 중간층 상의 접촉 부분 또는 새로운 층의 박막을 형성하는 마무리 단계(완성의 90~100% 단계)에서는 우수한 막질 성능이 필요하므로, 다시 ICP 방식에 따른 플라즈마를 발생시킨다(단계 130). 따라서, 이경우 RF 제어부(270)는 제1 RF 전원 공급부(160)는 온 시키고, 제2 RF 전원 공급부(260)는 오프시킨다.

이와 같이, 새로운 층의 증착을 초기-> 중간-> 마무리의 3단계를 나눌 경우, 순차적으로 ICP 방식-> CCP 방식-> ICP 방식에 따른 플라즈마 발생 공정이 이루어지도록 제어할 수 있다.

한편, RF 제어부(270)는 제1 RF 전원 공급부(160) 및 제2 RF 전원 공급부(260)의 가동 주기를 조절하여 증착되는 박막의 두께를 조절할 수 있다. 가령, 전체 증착 사이클(cycle)이 1000인 경우, ICP 방식으로 100 사이클 증착 공정을 행하고, CCP 방식의 900 사이클 증착 공정을 구현하는 형태로 사이클 회수에 따른 제어도 가능하다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 갭필러(gap filler) 형성과정을 나타낸 도면이다.

일반적으로 갭 필러의 형성시에는 폭이 좁아 필링(filling)에 어려움이 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ICP와 CCP 방식의 순차적인 조합을 이용하면 효율적으로 구현할 수 있다.

가령, 압력이 10밀리토르(mTorr) 이하에서, 먼저 ICP 방식에 따라 갭 영역의 하부에 SiO₂ 절연층을 증착시킨다. 이는 ICP 방식에 따를 경우 직진성이 좋아 갭 영역과 같이 선폭이 좁거나 폭의 깊이가 깊을 경우 우수한 필링 성능을 구현할 수 있기 때문이다.

이후, 증착되지 않은 나머지 갭 영역은 CCP 방식에 따라 SiO₂ 절연층을 증착시킨다. 이는 이미 좁은 영역의 필링이 이루어진 후에는 CCP 방식에 따라 증착 속도를 빠르게 할 수 있기 때문이다.

이와 같이, 선 ICP 방식, 후 CCP 방식에 따른 순차적인 조합을 통해 갭 필러 형성에 적용하면, 전술한 장점을 극대화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 기판 표면처리장치는 박막증착장치에 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 범 위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, ICP 방식 또는 CCP 방식의 조합에 따른 플라즈마 제어로 우수한 막질 성능을 구현할 뿐만아니라 증착속도의 향상도 도모할 수 있다.

또한, 갭필러 용도로 활용할 수 있게 한다.

Claims

피증착물의 처리공간;

상기 처리공간의 상부에 형성되어 외부로부터 공급된 반응가스가 플라즈마 반응되는 제1 플라즈마 생성공간;

상기 제1 플라즈마 생성공간의 하부에 형성되며, 복수의 분사홀을 통해 상기 반응가스 플라즈마와 외부로부터 공급된 소스가스를 상기 처리공간으로 분사하는 샤워헤드;

ICP 방식으로 상기 제1 플라즈마 생성공간을 형성하는 제1 RF 전원 공급부;

상기 샤워헤드에 RF 전원을 인가하여 CCP 방식에 따라 상기 처리공간을 제2 플라즈마 생성공간으로 형성하는 제2 RF 전원 공급부;

복수의 증착막의 층간 접촉부분을 형성하거나 새로운 증착막을 형성하는 초기 및 마무리 단계에서는 상기 제1 RF 전원 공급부는 온 시키고 상기 제2 RF 전원 공급부는 오프시켜 ICP 방식으로 증착시키고,

그외 새로운 증착막을 형성하는 중간 단계에서는 상기 제2 RF 전원 공급부는 온 시키고 상기 제1 RF 전원 공급부는 오프시켜 CCP 방식으로 증착시키는 RF 제어부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 RF 제어부는 상기 복수의 증착막을 형성하는 경우에는 상기 ICP 방식 및 CCP 방식의 순차적인 조합에 의해 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.
제2항에 있어서,

상기 RF 제어부는 상기 제1 RF 전원 공급부 및 상기 제2 RF 전원 공급부의 가동 주기를 조절하여 상기 증착막의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.
제1항의 플라즈마 증착장치에서 박막을 증착하는 방법에 있어서,

복수의 증착막의 층간 접촉부분을 형성하거나 새로운 증착막을 형성하는 초기 및 마무리 단계에서는 ICP 방식으로 증착시키는 제1단계와,

상기 제1 단계를 제외한 중간 단계에서 새로운 증착막을 CCP 방식으로 증착하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착방법.
제4항에 있어서,

상기 제1 및 제2 단계는 교대로 번갈아가며 진행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착방법.
제5항에 있어서,

압력이 10mTorr 이하에서 상기 ICP 방식으로 막을 증착한 후, CCP 방식으로 막을 증착하여 갭 필러를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착방법.