KR101046613B1

KR101046613B1 - 원자층 증착장치

Info

Publication number: KR101046613B1
Application number: KR1020080135884A
Authority: KR
Inventors: 신인철; 박성현
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2011-07-06
Also published as: KR20100077829A

Abstract

소스가스를 플라즈마화하여 제공하는 플라즈마 발생부를 갖는 원자층 증착장치가 개시된다. 원자층 증착장치에서 증착가스는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 서로 다른 종류의 소스가스(source gas)와 반응가스(reactant gas) 및 상기 소스가스와 상기 반응가스의 퍼지를 위한 퍼지가스(purge gas)를 포함하고, 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착되며 상기 기판을 상기 프로세스 챔버의 중심을 기준으로 공전시키도록 회전 가능하게 구비된 서셉터, 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 상기 증착가스를 분사하고 상기 각 증착가스를 분사하는 다수의 분사영역이 형성된 샤워헤드 및 상기 서셉터 측부에 구비되어 상기 소스가스가 분사되는 소스 영역에 대응되는 부분에 구비되며 상기 기판 상부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부를 포함하여 구성된다.

원자층 증착장치, ALD, 샤워헤드, 플라즈마 발생부

Description

원자층 증착장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 플라즈마 소스를 구비하여 반응성을 향상시키고 증착 속도와 품질을 향상시킬 수 있는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

일반적으로, 반도체 기판이나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상 증착법(atmospheric pressure CVD, APCVD), 저압 화학 기상 증착법(low pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.

그러나 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되 었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.

원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 소스 물질을 포함하는 소스가스를 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 소스가스를 물리적으로 흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 소스가스를 주입함으로써 기판의 상면에서만 소스가스들이 화학 반응을 일으키도록 하여 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다. 이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

그러나 기존의 원자층 증착장치는 소스가스의 반응성이 낮아서 소스가스가 기판에 물리적으로 흡착되는 양이 적으며, 이로 인해 증착 시간이 오래 걸리고 생산성이 낮아지는 문제점이 있다. 또한, 기판에 흡착되지 않은 소스가스는 폐기되므로 소스가스의 소모량이 증가하고 생산 비용이 증가하게 된다. 또한, 미반응 소스가스가 챔버 내에 잔류하는 경우에는 서셉터 또는 샤워헤드의 회전에 의해 기판 표면이 아닌 챔버 내에서 서로 혼합되면서 반응에 의한 부산물로 파티클이 발생할 수 있는데, 이러한 파티클은 불량의 원인이 될 수 있으며 증착된 막의 품질에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 소스가스의 반응성을 향상시킨 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 소스가스를 플라즈마화하여 제공하는 플라즈마 발생부를 갖는 원자층 증착장치에서, 증착가스는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 서로 다른 종류의 소스가스(source gas)와 반응가스(reactant gas) 및 상기 소스가스와 상기 반응가스의 퍼지를 위한 퍼지가스(purge gas)를 포함한다. 여기서, 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착되며 상기 기판을 상기 프로세스 챔버의 중심을 기준으로 공전시키도록 회전 가능하게 구비된 서셉터, 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 상기 증착가스를 분사하고 상기 각 증착가스를 분사하는 다수의 분사영역이 형성된 샤워헤드 및 상기 서셉터 측부에 구비되어 상기 소스가스가 분사되는 소스 영역에 대응되는 부분에 구비되며 상기 기판 상부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부를 포함하여 구성된다.

상기 플라즈마 발생부는 상기 기판 상부에 정전결합성 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP)를 발생시키도록 형성된다. 여기서, 상기 플라즈마 발생부는, 상기 서셉터 외측에 구비된 제1 플라즈마 발생부, 상기 제1 플 라즈마 발생부와 마주보도록 형성되어 상기 서셉터 중앙 부분에 구비된 제2 플라즈마 발생부 및 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 중 어느 하나에 고주파 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함하여 구성된다. 예를 들어, 상기 제2 플라즈마 발생부는 상기 서셉터 중앙부분에서 원형 단면 또는 상기 기판의 수에 일대일 대응되는 모서리를 갖는 다각형 단면 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 플라즈마 발생부는 상기 제2 플라즈마 발생부와 평행한 면을 갖도록 상기 서셉터 중심을 향한 면이 곡면 또는 평면 형상을 가지며, 상기 서셉터에 안착된 한 장의 기판 둘레를 둘러쌀 수 있는 길이로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부는 서로 대향되게 구비되어 상기 플라즈마 발생부 사이에 전기장을 발생시키는 판형 전극일 수 있다. 그리고, 상기 전원 공급부는 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 중 어느 하나에 고주파 전원을 인가하고 다른 하나에는 접지가 연결되도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 전원 공급부는 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부에 서로 다른 주파수대의 고주파 전원을 인가하도록 형성될 수 있다.

또는, 상기 제1 플라즈마 발생부와 상기 제2 플라즈마 발생부 중 하나는 전원이 인가되면 전기장을 발생시키는 권선된 코일 또는 전자석이고, 다른 하나는 전자석 또는 영구자석 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부와 더불어 상기 샤워헤드 상부에는 상기 기판 상부에 플라즈마를 발생시키는 제3 플라즈마 발생부가 구비될 수 있다. 상기 제3 플라즈마 발생부는 상기 샤워헤드 상부에 플라즈마를 발생시키도록 상기 샤워헤드와 평행하게 구비되어 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부와 서로 다른 고주파 전원이 인가된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 소스가스를 제공하는 샤워헤드에 플라즈마 소스를 구비하여 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 제공하므로 소스가스의 반응성을 향상시키고 증착 속도와 막질을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 상세히 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 샤워헤드(103)의 일 예를 설명하기 위한 평면도이다. 또한, 도 3은 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 플라즈마 발생부(151, 152)의 일 예를 설명하기 위한 요부 사시도이고, 도 4는 도 3의 변형 실시예에 따른 플라즈마 발생부(151, 152)의 요부 사시도이다.

도 1을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 서셉 터(102), 샤워헤드(103) 및 플라즈마 발생부(151, 152)를 포함하여 이루어진다.

상기 프로세스 챔버(101)는 상기 기판(10)을 수용하여 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막을 증착하는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 원자층 증착장치(100)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 증착 공정이 수행되므로 상기 프로세스 챔버(101)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.

상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

상기 서셉터(102)는 상기 프로세스 챔버(101) 내에 구비되어 상기 다수의 기판(10)이 수평 방향으로 안착되고, 상기 기판(10)을 상기 서셉터(102)의 중심을 기준으로 공전시키도록 구동축(125)이 구비된다. 예를 들어, 상기 서셉터(102)는 상기 기판(10)이 수평으로 안착될 수 있도록 평편한 상면을 갖고 소정 직경을 갖는 원형 플레이트 형태를 갖고, 상기 4장의 기판(10)이 상기 서셉터(102)의 원주 방향을 따라 방사상으로 안착된다.

여기서, 상기 서셉터(102)의 형상이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있으며, 상기 서셉터(102)에 안착되는 기판(10)의 수 역시 변경될 수 있다.

상기 샤워헤드(103)는 상기 프로세스 챔버(101) 상부에 구비되어 상기 서셉터(102)에 안착된 상기 기판(10) 표면으로 상기 증착가스를 제공한다.

여기서, 상기 증착가스는 박막을 증착하는 공정에서 사용되는 가스들을 말하는 것으로, 상기 기판(10)에 증착시키고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 가스와 상기 가스의 퍼지를 위한 가스를 포함한다. 본 실시예에서는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하고 상기 기판(10)에 물리적으로 흡착되는 소스가스(S)와 상기 소스가스(S)와 화학적으로 반응하여 박막을 형성하는 반응가스(R) 및 상기 기판(10), 상기 소스가스(S), 상기 반응가스(R) 및 증착된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 퍼지가스(PG)가 사용된다. 예를 들어, 실리콘 박막을 증착하기 위해서 상기 소스가스(S)는 실리콘을 포함하는 실란(Silane, SiH4) 또는 디실란(Disilane, Si2H6), 4불화 실리콘(SiF4) 중 어느 하나의 가스를 사용하고, 상기 반응가스(R)는 산소(O2)나 오존(O3) 가스를 사용할 수 있다. 그리고 상기 퍼지가스(PG)는 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 증착가스의 수와 종류는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

원자층 증착 공정을 살펴보면, 상기 서셉터(102)가 회전함에 따라 상기 기판(10)이 순차적으로 상기 증착가스를 통과하면서 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막이 형성된다. 즉, 상기 소스가스(S)가 제공되어 상기 기판(10)에 물리적으로 흡착되고, 상기 퍼지가스(PG)에 의해 상기 기판(10)에 흡착되지 않은 잔류 소스가스(S)를 퍼지(purge)하여 제거 한다. 다음으로, 상기 반응가스(R)를 제공함으로써 상기 기판(10)의 상면에서 상기 소스가스(S)와 상기 반응가스(R)가 화학적으로 반응하면서 반응 생성물이 증착된다. 그리고 상기 퍼지가스(PG)를 제공하여 반응이 발생하지 않은 잔류 반응가스(R)를 상기 기판(10) 표면에서 제거하게 된다. 그리고 이와 같이 상기 소스가스(S), 상기 퍼지가스(PG), 상기 반응가스(R) 및 상기 퍼지가스(PG)가 제공되는 것을 원자층 증착공정의 한 사이클(cycle)이라 하고, 상기 증착 사이클이 다수 회 반복적으로 수행되면서 상기 기판(10)에 소정 두께의 박막이 형성된다.

상기 샤워헤드(103)는 상기 증착가스의 분사를 위한 다수의 분사홀(131)과 상기 분사홀(131)로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼(132)로 이루어지고, 상기 분사 버퍼(132) 일측에는 상기 분사 버퍼(132)로 상기 증착가스를 공급하는 가스 공급부가 구비된다. 예를 들어, 상기 가스 공급부는 상기 소스가스(S)를 공급하는 소스가스 공급부(141)와 상기 반응가스(R)를 공급하는 반응가스 공급부(142), 그리고, 상기 퍼지가스(PG)를 공급하는 퍼지가스 공급부(미도시)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 샤워헤드(103)에는 상기 프로세스 챔버(101) 내의 배기가스를 흡입하여 배출시키기 위한 다수의 배기홀(136)을 포함하는 배기라인(135)이 구비된다.

도 2를 참조하면, 상기 샤워헤드(103)는 상기 기판(10)으로 각각 한 종류의 증착가스가 분사되는 다수의 분사홀(131) 그룹으로 정의되는 분사영역(310)이 형성되고, 상기 분사영역(310)은 상기 샤워헤드(103)에서 분사되는 증착가스의 수에 따 라 다수의 분사영역(310)이 형성된다. 예를 들어, 상기 분사영역(310)은 상기 소스가스(S)가 분사되는 소스영역(311)과 상기 반응가스(R)가 분사되는 반응영역(313) 및 상기 소스영역(311)과 상기 반응영역(313) 사이에 배치되어 상기 퍼지가스(PG)가 분사되는 2개의 퍼지영역(312, 314)으로 구획된다. 그리고 도 2에서 점선으로 도시한 바와 같이, 상기 분사영역(310)은 대략 상기 샤워헤드(103)를 4 등분하는 부채꼴 형태로 형성된다. 그리고 상기 배기라인(135)은 상기 분사영역(310)의 경계를 따라 'V' 자 형태로 형성되며, 상기 샤워헤드(103)의 중심 부분에서 꼭지점이 서로 마주보게 형성된다.

그러나, 상기 분사홀(131)의 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)으로 균일하게 상기 증착가스를 분사할 수 있도록 실질적으로 다양한 형태로 배치될 수 있다. 또한, 상기 분사홀(131)은 원형 홀 또는 슬릿 형태를 가질 수 있다.

상기 플라즈마 발생부(151, 152)는 상기 프로세스 챔버(101) 내부에 구비되어 상기 기판(10) 상부에 플라즈마를 발생시킴으로써 상기 증착가스의 반응성을 향상시키고 증착 속도와 막질을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 플라즈마 발생부(151, 152)는 상기 소스가스(S)를 플라즈마 상태로 여기시키도록 상기 소스영역(311)에 대응되는 위치에 형성된다.

또한, 상기 플라즈마 발생부(151, 152)는 정전결합성 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP)를 발생시키도록 형성된다. 즉, 상기 플라즈마 발생부(151, 152)는 상기 기판(10)의 양측에 한 쌍의 플라즈마 발생부(151, 152)가 구비되고, 상기 플라즈마 발생부(151, 152) 사이에 형성된 전기장(E)에 의해 상기 소스가스(S)를 플라즈마 상태로 여기시키게 된다.

상기 플라즈마 발생부(151, 152)는 한 쌍의 평행한 판형 전극일 수 있다. 또는, 상기 플라즈마 발생부(151, 152) 중 하나는 전원이 인가되면 전기장을 발생시키는 권선된 코일 또는 전자석이며, 나머지 하나의 플라즈마 발생부(151, 152)는 전자석이나 영구자석일 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 발생부(511, 512)는 상기 서셉터(102) 외측에 구비된 제1 플라즈마 발생부(511)와 상기 서셉터(102) 중심부에 구비된 제2 플라즈마 발생부(512) 및 상기 제1 플라즈마 발생부(511)에 고주파 전원을 인가하는 전원 공급부(515)로 이루어진다.

상기 제1 플라즈마 발생부(511)와 상기 제2 플라즈마 발생부(512)는 상기 소스영역(311)에 대응되는 위치에 구비되고, 상기 제1 플라즈마 발생부(511)에 고주파 전원이 인가되면 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(511, 512) 사이의 전압차에 따른 전기장(E)에 의해 상기 소스가스(S)가 플라즈마(P) 상태로 여기된다.

여기서, 상기 제1 플라즈마 발생부(511)는 고주파 전원이 인가되면 전기장을 발생시킬 수 있는 판형 전극 또는 권선된 코일 또는 전자석일 수 있다. 그리고 상기 제2 플라즈마 발생부(512)는 평행하게 형성되어 상기 제1 플라즈마 발생부(511)와의 전압차를 형성하게 된다. 여기서, 상기 제2 플라즈마 발생부(512)는 접지에 연결될 수 있다.

또는, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(511, 512)는 서로 평행한 한 쌍의 전극으로써 서로 다른 주파수 대의 고주파 전원을 인가되어 듀얼 프리퀀시(dual frequency) 방식으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(511, 512) 중 하나의 전극에는 27.12 ㎒의 고주파 전원이 인가되고, 다른 하나의 전극에는 13.56 ㎒의 고주파 전원이 인가되며, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(511, 512) 사이의 전압차에 상기 기판(10) 상부에 플라즈마가 발생된다.

한편, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(511, 512)는 상기 소스영역(311)을 통과하는 한 장의 기판(10)에 대해서 플라즈마를 발생시키도록 형성된다.

상기 제1 플라즈마 발생부(511)는 상기 서셉터(102) 외측에 구비되며 상기 한 장의 기판(10) 둘레를 감쌀 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 플라즈마 발생부(511)는 상기 서셉터(102)의 외주연부를 따르는 곡면 형태를 가지며, 상기 서셉터(102) 둘레의 1/4에 해당하는 길이를 갖는다.

상기 제2 플라즈마 발생부(512)는 상기 서셉터(102) 중심 부분에 구비되며 상기 제1 플라즈마 발생부(511)와 마주보는 면이 서로 평행하도록 원통형태를 갖는다.

그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 플라즈마 발생부(512)는 다각형 기둥 형태를 갖고, 상기 제1 플라즈마 발생부(511)는 상기 제2 플라즈마 발생부(512)와 평행한 평면 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 플라즈마 발생부(512)는 상기 기판(10)에 향한 부분이 면이 되는 정사각 기둥 형태를 갖고, 상기 제1 플라즈마 발생부(511)는 상기 제2 플라즈마 발생부(512)와 평행 하게 형성되고, 대략 상기 서셉터(102) 둘레의 1/4에 대응되는 길이를 갖는 평판 형태를 가질 수 있다. 이 외에도 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(511, 512)의 형태는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 상기 기판(10)의 측부에 구비된 제1 및 제2 플라즈마 발생부(511, 512)에 의해서 상기 기판(10) 상부에 플라즈마를 발생시키는 예를 설명하였으나, 상술한 실시예와는 달리 상기 기판(10) 상부, 즉, 상기 샤워헤드(103)에 제3 플라즈마 발생부(523)가 구비될 수 있다. 이하에서는 도 4를 예로 들어 상기 기판(10) 상부에 제3 플라즈마 발생부(523)이 구비된 실시예에 대해 설명한다. 다만, 이하에서 설명하는 실시예는 상술한 실시예와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(521, 522)는 상기 기판(10) 측부에서 상기 기판(10)을 사이에 두고 한 쌍으로 구비되며, 제1 및 제2 플라즈마 발생부(521, 522)에 고주파 전원을 인가하는 전원 공급부(525, 526)이 각각 구비된다. 그리고 상기 제3 플라즈마 발생부(523)는 상기 샤워헤드(103) 상부에 구비되며, 특히, 상기 분사영역(310) 중 상기 소스가스(S)가 분사되는 상기 소스영역(311)에 형성되며, 상기 제3 플라즈마 발생부(523)에 고주파 전원을 인가하는 전원 공급부(527)가 구비된다.

상기 전원 공급부(525, 526, 527)는 상기 제1플라즈마 발생부(521)와 상기 제2 플라즈마 발생부(522) 및 상기 제3 플라즈마 발생부(523)에 각각 연결되어 상 기 제1 내지 제3 플라즈마 발생부(521, 522, 523)에 서로 다른 주파수 대의 고주파 전원을 인가하는 듀얼 프리퀀시(dual frequency) 방식으로 플라즈마를 발생시키게 된다.

예를 들어, 상기 제1 내지 제3 플라즈마 발생부(521, 522, 523) 중 하나에는 27.12 ㎒의 고주파 전원이 인가되고, 다른 하나에는 13.56 ㎒의 고주파 전원이 인가된다.

여기서, 상기 소스영역(311)은 상기 제3 플라즈마 발생부(523)에 대해 접지 전극의 역할을 하게 되고, 상기 제3 플라즈마 발생부(523)와 상기 소스영역(311) 사이에서 플라즈마 발생한다.

즉, 상기 프로세스 챔버(101) 내부는 상기 소스영역(311)을 기준으로 상기 제3 플라즈마 발생부(523)에 의해 플라즈마가 발생되는 제1 반응실(R1)과 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(521, 522)에 의해 플라즈마가 발생되는 제2 반응실(R2)로 구획된다. 그리고 상기 제1 반응실(R1)에서 발생된 플라즈마는 플라즈마 입자 중 중성의 라디칼(radical) 입자가 상기 소스영역(311)의 분사홀(131)을 통해 상기 기판(10)으로 제공될 수 있다. 그리고 상기 제2 반응실(R2)에서는 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부(521, 522)에 의해 상기 기판(10)에 대해 평행하게 일 방향으로 플라즈마가 발생되므로 상기 기판(10) 상부에 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있으며, 뿐만 아니라 플라즈마 입자 중 에너지가 강한 이온에 의한 기판(10) 및 박막의 손상을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해 당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 종단면도;

도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 샤워헤드의 일 예를 설명하기 위한 평면도;

도 3은 도 1의 원자층 증착장치에서 플라즈마 발생부의 일 예를 설명하기 위한 요부 사시도;

도 4는 도 3의 변형 실시예에 따른 플라즈마 발생부의 요부 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 100: 원자층 증착장치

101: 프로세스 챔버 102: 서셉터

103: 샤워헤드 125: 구동축

131: 분사홀 132: 분사 버퍼

135: 배기라인 136: 배기홀

141: 소스가스 공급부 142: 반응가스 공급부

151, 511, 521: 제1 플라즈마 발생부

152, 512, 522: 제2 플라즈마 발생부

515, 525, 526: 전원 공급부 310: 분사영역

311: 소스영역 312, 314: 퍼지영역

313: 반응영역 E: 전기장

P: 플라즈마 PG: 퍼지가스

R: 반응가스 S: 소스가스

Claims

다수의 기판을 수용하여 원자층 증착 공정이 수행되는 원자층 증착장치에 있어서,

증착가스는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 서로 다른 종류의 소스가스(source gas)와 반응가스(reactant gas) 및 상기 소스가스와 상기 반응가스의 퍼지를 위한 퍼지가스(purge gas)를 포함하고,

다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버;

상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착되며 상기 기판을 상기 프로세스 챔버의 중심을 기준으로 공전시키도록 회전 가능하게 구비된 서셉터;

상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 상기 증착가스를 분사하고 상기 각 증착가스를 분사하는 다수의 분사영역이 형성된 샤워헤드; 및

상기 서셉터 측부에 구비되어 상기 소스가스가 분사되는 소스영역에 대응되는 부분에 구비되며 상기 기판 상부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;

를 포함하고,

상기 플라즈마 발생부는,

상기 서셉터 외측에 구비된 제1 플라즈마 발생부;

상기 제1 플라즈마 발생부와 마주보도록 형성되어 상기 서셉터 중앙 부분에 구비되고, 원형 단면 또는 상기 기판의 수에 일대일 대응되는 모서리를 갖는 다각형 단면 중 어느 하나의 형태를 갖는 제2 플라즈마 발생부; 및

상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 중 어느 하나에 고주파 전원을 인가하는 전원 공급부;

를 포함하는 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 발생부는 상기 기판 상부에 정전결합성 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP)를 발생시키는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 플라즈마 발생부는 상기 제2 플라즈마 발생부와 평행한 면을 갖도록 상기 서셉터 중심을 향한 면이 곡면 또는 평면 형상을 가지며, 상기 서셉터에 안착된 한 장의 기판 둘레를 둘러쌀 수 있는 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부는 서로 대향되게 구비되어 상기 플라즈마 발생부 사이에 전기장을 발생시키는 판형 전극인 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제6항에 있어서,

상기 전원 공급부는 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부 중 어느 하나에 고주파 전원을 인가하고 다른 하나에는 접지가 연결되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제6항에 있어서,

상기 전원 공급부는 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부에 서로 다른 주파수대의 고주파 전원을 인가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 플라즈마 발생부와 상기 제2 플라즈마 발생부 중 하나는 전원이 인가되면 전기장을 발생시키는 권선된 코일 또는 전자석이고, 다른 하나는 전자석 또는 영구자석 중 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 샤워헤드 상부에 구비되어 상기 기판 상부에 플라즈마를 발생시키는 제3 플라즈마 발생부를 더 포함하고,

상기 제3 플라즈마 발생부는 상기 샤워헤드 상부에 플라즈마를 발생시키도록 상기 샤워헤드와 평행하게 구비되어 상기 제1 및 제2 플라즈마 발생부와 서로 다른 고주파 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.