KR101136302B1 - 원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 증착 대상물인 기판에 대한 증착 공간을 형성하며, 상기 기판이 안착되는 서셉터가 회전 가능하게 결합되는 프로세스 챔버; 상기 서셉터 본체의 상부에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 장착되며, 상기 기판으로 분사된 소스 가스(source gas)를 반응시키기 위하여 반응 가스(reactance gas)가 플라즈마(plasma)화된 반응 가스 플라즈마를 분사하는 한 쌍의 반응 가스 분사부를 구비하는 샤워 헤드; 및 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부에 각각 결합되어, 상기 반응 가스 분사부를 통해 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 한 쌍의 반응 가스 분사부 각각에 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부를 구비함으로써 기판으로 반응 가스 플라즈마가 분사되는지의 여부를 정확하게 파악할 수 있다.

Description

원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법{Atomic Layer Deposition Apparatus and Method to Detect Plasma Thereof}
원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 한 쌍의 반응 가스 분사부 각각에 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부를 구비함으로써 기판으로 반응 가스 플라즈마가 분사되는지의 여부를 정확하게 파악할 수 있는 원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법이 개시된다.
일반적으로 반도체 웨이퍼(wafer)나 글래스(glass) 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(PVD, physical vapor deposition)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(CVD, chemical vapor deposition) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용되고 있다.
반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착(ALD, atomic layer deposition) 방법의 사용이 증대되고 있다.
이러한 원자층 증착 방법은 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 그러나 화학 기상 증착 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과는 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착한다는 점에서 차이가 있다.
이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 매우 우수하여 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현할 수 있으며, 따라서 현재 널리 각광받고 있다.
한편, 복수 개의 기판에 동시에 박막을 증착할 수 있는 세미배치(semi-batch) 타입의 원자층 증착 장치가 개시되어 있다. 통상적으로 세미 배치 타입 원자층 증착 장치는 서로 다른 종류의 증착 가스가 분사되고 서셉터의 고속 회전에 의해 기판이 순차적으로 증착 가스가 분사된 영역을 통과함에 따라 기판 표면에서 증착 가스 사이의 화학 반응 생성물이 증착되어 박막이 패터닝될 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(1)는, 증착 공간(10S)을 형성하는 프로세스 챔버(10)와, 복수 개의 기판(W)이 안착되는 서셉터(20)와, 서셉터(20) 상의 기판(W)으로 서로 다른 종류의 증착 가스를 순차적으로 분사하는 샤워 헤드(50)를 포함할 수 있다.
여기서, 구동축(25)에 축 결합되는 서셉터(20)는 회전 모터(28)에 의해 제자리에서 회전할 수 있을 뿐만 아니라 승강 모터(29)에 의해 상하 방향으로 이동 가능한 구조를 가짐으로써 증착 가스의 종류에 따라 샤워 헤드(50) 및 서셉터(20) 상의 기판(W)의 간격을 조절할 수 있다.
자세히 도시하지는 않았지만, 샤워 헤드(50)는, 수평 방향으로 총 8분기되는 구조를 가지며, 박막을 형성하기 위한 소스 가스를 분사하는 한 쌍의 소스 가스 분사부(미도시)와, 소스 가스를 반응시키는 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사부(60)와, 기판(W) 상의 소스 가스 및 반응 가스를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사부(미도시)를 구비한다.
이 중 소스 가스는 기판과의 반응에 상관없이 바로 분사되지만, 반응 가스의 경우 반응력이 약해 플라즈마 생성부(71)에서 미리 플라즈마(plasma)화되고, 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 반응 가스 분사부(60)를 거쳐 기판(W)으로 분사되는 구조를 갖는다. 이때 도 1에 도시된 바와 같이, 매칭 박스(75, matching box))는 한 쌍의 플라즈마 생성부(71)에 연결되어 전원을 인가하고 각각의 반응 가스 공급 탱크(70)는 플라즈마 생성부(71)에 반응 가스를 공급하여 플라즈마 생성부(71)에서 반응 가스 플라즈마가 생성될 수 있다.
그런데, 종래의 경우, 매칭 박스(75)로부터 한 쌍의 플라즈마 생성부(71)에 모두 전원을 인가하더라도 하나의 플라즈마 생성부(71)에서만 플라즈마화가 진행되는 경우가 발생될 수 있으며, 따라서 하나의 반응 가스 분사부(60)로부터는 반응 가스 플라즈마가 분사되지만 다른 하나의 반응 가스 분사부(60)로부터는 플라즈마화되지 못한 반응 가스가 분사됨으로써 증착 공정이 제대로 이루어지지 못하는 단점이 있다.
이에, 한 쌍의 반응 가스 분사부 모두로부터 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사될 수 있도록 반응 가스 플라즈마의 분사 유무를 파악할 수 있는 원자층 증착 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 한 쌍의 반응 가스 분사부 각각에 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부를 구비함으로써 기판으로 반응 가스 플라즈마가 분사되는지의 여부를 정확하게 파악할 수 있는 원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 한 쌍의 반응 가스 분사부 모두로부터 소스 가스를 반응시키기 위한 반응 가스 플라즈마가 분사됨으로써 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 증착 대상물인 기판에 대한 증착 공간을 형성하며, 상기 기판이 안착되는 서셉터가 회전 가능하게 결합되는 프로세스 챔버; 상기 서셉터 본체의 상부에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 장착되며, 상기 기판으로 분사된 소스 가스(source gas)를 반응시키기 위하여 반응 가스(reactance gas)가 플라즈마(plasma)화된 반응 가스 플라즈마를 분사하는 한 쌍의 반응 가스 분사부를 구비하는 샤워 헤드; 및 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부에 각각 결합되어, 상기 반응 가스 분사부를 통해 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부;를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 한 쌍의 반응 가스 분사부 각각에 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부를 구비함으로써 기판으로 반응 가스 플라즈마가 분사되는지의 여부를 정확하게 파악할 수 있다.
상기 원자층 증착 장치는, 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부와 각각 연결되며, 반응 가스 공급부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 상기 반응 가스 플라즈마로 플라즈마화하는 한 쌍의 플라즈마 생성부; 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에 연결되며, 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에서 상기 반응 가스를 플라즈마화하기 위한 전원을 공급하는 매칭 박스; 및 상기 감지부로부터 획득된 정보에 기초하여, 상기 매칭 박스의 전원 공급에 의한 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 중 하나의 반응 가스 분사부에서 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되는 것을 상기 감지부가 감지하는 경우, 상기 매칭 박스로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부 모두에 전원이 공급되도록 함으로써 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 모두로부터 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되도록 상기 매칭 박스 및 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어할 수 있다.
상기 반응 가스 분사부에는 상기 감지부로 상기 반응 가스 플라즈마를 이동시키기 위한 이동홀이 관통 형성되며, 상기 감지부는, 상기 이동홀에 연결되며, 상기 반응 가스 플라즈마를 감지하는 센서부재; 및 상기 센서부재에 의해 감지된 정보를 상기 제어부로 송신하는 송신부재를 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 센서부재 및 상기 송신부재의 적어도 일부분을 감싸도록 마련되며, 상기 반응 가스 분사부로부터 분사되는 상기 반응 가스 플라즈마와 무반응하는 세라믹(ceramic) 재질로 제작되는 보호부재를 더 포함할 수 있다.
상기 센서부재는 상기 반응 가스 플라즈마의 전하량을 감지함으로써 상기 반응 가스 플라즈마의 분사 유무를 감지하는 센서일 수 있다.
상기 센서부재는 실리콘 카바이드(SiC)를 함유한 금속 재질로 마련되고, 상기 송신부재는 와이어(wire) 재질로 마련될 수 있다.
상기 샤워 헤드는, 상기 소스 가스를 상기 기판으로 분사하는 적어도 한 쌍의 소스 가스 분사부; 및 상기 기판에 분사된 상기 소스 가스 또는 상기 반응 가스 플라즈마를 퍼지시키기 위한 퍼지 가스(purge gas)를 분사하는 적어도 한 쌍의 퍼지 가스 분사부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 플라즈마 감지 방법은, 상기 매칭 박스로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에 전원을 공급하고 상기 반응 가스 공급부로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에 반응 가스를 공급함으로써 상기 반응 가스를 상기 반응 가스 플라즈마로 변환시키는, 플라즈마 변환 단계; 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부를 통해 상기 반응 가스 플라즈마를 분사하는, 분사 단계; 상기 반응 가스 분사부에 각각 장착된 상기 감지부를 통해 상기 반응 가스 플라즈마의 분사 유무를 감지하는, 감지 단계; 및 상기 감지부로부터 감지된 감지 정보를 토대로 상기 매칭 박스의 전원 공급에 의한 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어하는, 제어 단계를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 한 쌍의 반응 가스 분사부 각각에 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부를 구비함으로써 기판으로 반응 가스 플라즈마가 분사되는지의 여부를 파악할 수 있다.
상기 감지 단계에서 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 중 하나의 반응 가스 분사부에서 상기 반응 가스 플라즈마가 분사됨을 상기 감지부가 감지하는 경우, 상기 제어 단계에서 상기 매칭 박스로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부 모두에 전원이 공급되도록 함으로써 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 모두로부터 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되도록 상기 매칭 박스 및 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 한 쌍의 반응 가스 분사부 각각에 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부를 구비함으로써 기판으로 반응 가스 플라즈마가 분사되는지의 여부를 정확하게 파악할 수 있는 원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 한 쌍의 반응 가스 분사부 모두로부터 소스 가스를 반응시키기 위한 반응 가스 플라즈마가 분사됨으로써 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 원자층 증착 장치 및 그의 플라즈마 감지 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 반응 가스 분사부 위주로 도 2의 일부분을 확대한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 플라즈마 감지 방법의 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 내부 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 반응 가스 분사부 위주로 도 2의 일부분을 확대한 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(100)는, 증착 대상물인 복수 개의 기판(W)의 수용되는 증착 공간(110S)을 형성하는 프로세스 챔버(110)와, 프로세스 챔버(110) 내에 승강 및 회전 가능하게 장착되며 그 상면에 복수 개의 기판(W)의 안착되는 서셉터(120)와, 서셉터(120)의 하부에 장착되어 서셉터(120) 그리고 서셉터(120) 상의 기판(W)으로 열을 가하는 히터(130)와, 프로세스 챔버(110)의 내측 상부에 장착되며 증착 가스 중 반응 가스(reactance gas)가 플라즈마(plasma)화된 반응 가스 플라즈마를 분사하는 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)를 갖는 샤워 헤드(150)와, 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)에 각각 결합되어 반응 가스 분사부(160)를 통해 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 한 쌍의 감지부(180)를 포함할 수 있다.
또한, 프로세스 챔버(110)의 양 내측벽에 장착되어 증착 공정 결과 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출부(140)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 증착 대상물인 기판(W)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(W)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel)와 같은 평판디스플레이 타입의 기판일 수 있다. 또한, 기판(W)의 형상은 원형 플레이트로 한정되는 것은 아니며, 다른 형상, 예를 들면 사각형 플레이트 등 다양한 형상으로 마련될 수 있음은 당연하다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 프로세스 챔버(110)는 복수 개의 기판(W)을 수용하여 증착 공정이 진행되는 증착 공간(110S)을 제공하며, 프로세스 챔버(110) 내에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(W)이 안착되는 서셉터(120)와 기판(W)으로 증착 가스를 제공하는 샤워 헤드(150)가 장착된다.
한편, 본 실시예의 서셉터(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 기판(W)이 안착되는 부분으로서, 우수한 스루풋(throughput)을 구현할 수 있는 세미배치(semi-batch) 타입으로 마련될 수 있다.
즉, 복수 개의 기판(W)이 상방을 향하는 서셉터(120)의 상면에서 원주 방향을 따라 복수 개, 예를 들면6개 안착될 수 있으며, 따라서 1회의 증착 공정에 의해 복수 개의 기판(W)에 대한 증착을 동시에 진행할 수 있다.
서셉터(120)는, 도 2에 도시된 것처럼 구동축(125)과 결합되며, 구동축의 회전 시 함께 회전함으로써 서셉터(120) 상의 기판(W)의 증착 공정을 거칠 수 있다. 또한 서셉터(120)는 구동축(125)의 승강 동작에 의해 승강 가능하며, 따라서 샤워 헤드(150)와 서셉터(120) 상의 기판(W) 간의 간격을 조절할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 서셉터(120)에는 기판(W)이 안착될 위치에 내장되어 기판(W)을 업/다운(up/down) 구동시키는 리프트 핀(미도시)이 마련될 수 있다. 예를 들면, 각각의 기판(W)은 3개의 리프트 핀에 의해 삼각형 형태로 지지될 수 있다.
한편, 히터(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터(120)의 하부에 구비되어 증착 공정에 필요한 온도로 서셉터(120) 및 그 상면에 안착되는 기판(W)을 가열하는 역할을 한다.
히터(130)는 전원이 인가되면 열을 발생시키는 저항성 가열소자와 같은 방출소자로 마련될 수 있다. 이러한 히터(130)는 서셉터(120)의 하부에서 서셉터(120)의 형상에 대응되는 형상으로 배치됨으로써 서셉터(120) 및 그 상면에 마련된 기판(W)을 균일하게 가열할 수 있으며, 따라서 기판(W)에 대한 증착 공정이 신뢰성 있게 진행될 수 있다.
본 실시예의 배기가스 배출부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증착 공정 결과 발생되는 배기가스가 외부로 배출되는 배기 경로를 형성한다. 증착 공정 결과 발생되는 배기가스는 기판(W)의 상면 및 서셉터(120)의 상면을 지나 배기가스 배출부(140)의 입구로 유입될 수 있고, 이에 따라 배기가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드(150)는 프로세스 챔버(110)의 내측 상부에 장착되어 서셉터(120)에 안착된 기판(W)의 표면으로 다른 종류의 증착 가스를 순차적으로 분사하는 역할을 담당한다. 이러한 샤워 헤드(150)에는 서셉터(120)가 회전할 때 기판(W)에 증착 가스가 순차적으로 분사될 수 있도록 다른 종류의 증착 가스가 각각 분사되는 가스 영역들이 형성된다.
도 4를 참조하면, 샤워 헤드(150)에는 3종의 증착 가스가 각각 분사되는 가스 영역들이 호 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 샤워 헤드(150)는, 기판(W)의 이동 방향을 따라 소스 가스(source gas)가 분사되는 한 쌍의 소스 영역(SA)으로 형성되는 한 쌍의 소스 가스 분사부(165)와, 퍼지 가스(purge gas)가 분사되는 두 쌍의 퍼지 영역(PA)으로 형성되는 두 쌍의 퍼지 가스 분사부(167)와, 반응 가스(reactance gas)가 분사되는 한 쌍의 반응 영역(RA)으로 형성되는 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)를 구비할 수 있다.
참고적으로, 본 발명에서 증착 가스라 함은 기판(W)에 박막을 증착하는 공정에서 사용되는 가스들을 가리키는 것으로, 기판(W)에 증착하고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스 가스, 소스 가스를 기판 상에서 반응시키는 반응 가스, 그리고 소스 가스 및 반응 가스를 기판(W)에서 제거하기 위한 퍼지 가스를 포함한다.
본 실시예에서는, 서로 화학적으로 반응하여 박막을 형성하는 소스 가스 및 반응 가스와, 이들 가스의 퍼지를 위한 퍼지 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 박막을 증착하기 위해서 소스 가스는 실리콘을 포함하는 실란(Silane, SiH4) 또는 디실란(Disilane, Si2H6), 4불화 실리콘(SiF4), 유기금속화합물 소스 중 어느 하나의 가스를 사용하고, 반응 가스는 산소나 오존(O3) 및 플라즈마에 의해 분해된 반응성 가스를 사용할 수 있다.
그리고 퍼지 가스는 소스 가스 및 반응 가스, 그리고 기판(W)에 증착된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 가스를 사용하는데, 예를 들면 아르곤이나 질소, 헬륨 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스가 사용될 수 있다. 다만, 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스의 종류 또는 조합 방법이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 종류 또는 다른 조합의 가스들이 증착 가스로서 적용될 수 있음은 당연하다.
도시하지는 않았지만, 소스 가스는 소스 가스 공급부(미도시)로부터 소스 가스 분사부(165)로 공급되고, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 퍼지 가스 분사부(167)로 공급될 수 있다. 그러나 반응 가스의 경우, 전술한 바와 같이, 소스 가스 및 퍼지 가스에 비해 전달력이 약하기 때문에 전달력 및 소스 가스와의 반응성을 향상시키고자 플라즈마화된 후 반응 가스 분사부(160)에 공급된다.
이에 대해 설명하면, 본 실시예의 기판 증착 장치(100)는, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 후술할 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)와 각각 연결되어 반응 가스 공급부(170)로부터 공급되는 반응 가스를 반응 가스 플라즈마로 플라즈마화하는 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)와, 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)에 연결되어 플라즈마를 위한 전원을 플라즈마 생성부(171)에 인가하는 매칭 박스(175, matching box)를 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)에 반응 가스를 공급하면서 실질적으로 동시에 매칭 박스(175)에 의해서 전원을 인가하는 경우, 반응 가스는 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마로 변환된 후 반응 가스 분사부(160)를 통해 기판(W)으로 분사될 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이, 매칭 박스(175)로부터 한 쌍의 플라즈마 생성부(171) 모두에 전원이 인가되더라도 하나의 플라즈마 생성부(171)에서만 플라즈마화가 진행되는 경우가 발생될 수 있으며, 따라서 하나의 반응 가스 분사부(160)로부터는 반응 가스 플라즈마가 분사되지만 다른 하나의 반응 가스 분사로부터는 플라즈마화되지 못한 반응 가스가 분사됨으로써 기판(W)에 대한 증착 공정이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
이를 위해, 본 실시예의 기판 증착 장치는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)에 각각 결합되어 반응 가스 분사부(160)를 통해 반응 가스 플라즈마의 분사 유무를 감지하는 한 쌍의 감지부(180)와, 감지부(180)로부터 획득된 정보에 기초하여 매칭 박스(175)의 전원 공급에 의한 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)의 반응 가스 플라즈마 생성을 제어하는 제어부(190)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 감지부(180) 각각은, 반응 가스 분사부(160)로부터 제공된 반응 가스 플라즈마를 감지하는 센서부재(181)와, 센서부재(181)에 의해 감지된 정보를 제어부(190)로 송신하는 송신부재(183)와, 센서부재(181)를 감싸며 반응 가스 분사부(160)의 저면에 결합되는 보호부재(185)를 포함할 수 있다.
먼저 센서부재(181)에 반응 가스 분사부(160)로부터 반응 가스 플라즈마가 도달하기 위해서는 센서부재(181)와 반응 가스 분사부(160)의 버퍼 공간(160S)을 잇는 이동 경로가 있어야 한다. 이를 위해, 반응 가스 분사부(160)의 저벽에는 도 3에 도시된 바와 같이 센서부재(181)를 향하는 이동홀(161)이 관통 형성되며, 따라서 센서부재(181)는 반응 가스 분사부(160)에 공급된 반응 가스 플라즈마의 상태를 감지할 수 있다.
본 실시예의 센서부재(181)는, 반응 가스 플라즈마의 전하량을 감지함으로써 반응 가스 분사부(160)에 공급된 반응 가스 플라즈마의 상태, 즉 플라즈마 유무를 감지할 수 있다. 이러한 센서부재(181) 실리콘 카바이드(SiC)가 함유된 금속 재질로 마련될 수 있다. 다만, 센서부재(181)의 플라즈마 유무 감지 방법 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 송신부재(183)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 센서부재(181)와 제어부(190)를 전기적으로 연결하는 부분으로서 감지부(180)에 의해 획득된 정보가 송신부재(183)를 통해 제어부(190)로 송신될 수 있다. 이러한 송신부재(183)는 전도성이 우수한 와이어(wire)로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 보호부재(185)는, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 센서부재(181) 및 송신부재(183)를 감쌈으로써 센서부재(181) 및 송신부재(183)가 프로세스 챔버(110)의 증착 공간(110S)으로 노출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 보호부재(185)는 전기성을 띠는 반응 가스 플라즈마가 접촉되거나 증착 공간(110S)에서 증착 공정이 진행될 때 아크(arc) 현상 등이 발생되는 것을 저지하기 위해 부도체인 세라믹(ceramic) 재질로 마련될 수 있다. 다만, 보호부재(185)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 이러한 구성의 감지부(180)에 의해 획득된 정보는 제어부(190)로 전달되며, 제어부(190)는 전달된 정보에 기초하여 매칭 박스(175)의 전원 공급에 의한 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)의 플라즈마 생성을 제어한다.
이에 대해 설명하면, 제어부(190)는 가령 반응 가스 분사부(160) 중 하나의 반응 가스 분사부(160)에서만 반응 가스 플라즈마가 분사됨을 감지하는 경우, 감지 정보에 기초하여 매칭 박스(175)로부터 한 쌍의 플라즈마 생성부(171) 모두에 전원이 인가되도록 함으로써 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)에서 모두 반응 가스 플라즈마가 분사되도록 한다.
따라서, 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)로부터 반응 가스 플라즈마가 모두 원활하게 분사되어 기판(W) 상의 소스 가스와 반응할 수 있으며, 이로 인해 기판(W)의 증착 공정이 신뢰성 있게 진행될 수 있다.
한편, 이하에서는 전술한 구성을 갖는 원자층 증착 장치(100)의 플라즈마 감지 방법에 대해서 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 플라즈마 감지 방법의 순서도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(100)의 플라즈마 감지 방법은, 반응 가스를 반응 가스 플라즈마로 변환하는 플라즈마 변환 단계(S100)와, 반응 가스 플라즈마를 분사하는 분사 단계(S200)와, 감지부(180)를 통해 반응 가스 플라즈마의 분사 유무를 감지하는 감지 단계(S300)와, 감지 정보를 토대로 매칭 박스(175)의 전원 공급에 의한 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)의 작동을 제어하는 제어 단계(S400)를 포함할 수 있다.
각각의 단계에 대해 설명하면, 본 실시예의 플라즈마 변환 단계(S100)는, 매칭 박스(175)로부터 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)에 전원을 인가하고 실질적으로 동시에 반응 가스 공급부(170)로부터 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)에 반응 가스를 공급함으로써 반응 가스를 반응 가스 플라즈마로 플라즈마화하는 단계이다.
이러한 플라즈마 변환 단계(S100)에 의해서 소스 가스를 반응시키는 반응 가스는 플라즈마화될 수 있으며, 따라서 기판(W)에 대한 반응성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예의 분사 단계(S200)는, 플라즈마 변환 단계(S100)에 의해 생성된 반응 가스 플라즈마를 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)를 통해 각각 분사하는 단계이다. 분사 단계(S200) 시, 서셉터(120)는 제자리에서 회전함으로써 서셉터(120) 상에 위치한 복수 개의 기판(W)으로 반응 가스 플라즈마를 제공할 수 있다.
그리고, 감지 단계(S300)는, 각각의 반응 가스 분사부(160)에 장착된 감지부(180)를 통해 반응 가스 분사부(160)를 통해 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 단계이다. 전술한 바와 같이, 가령 매칭 박스(175)로부터 한 쌍의 플라즈마 생성부(171)로 전원이 인가되더라도 하나의 플라즈마 생성부(171)에서만 반응 가스의 플라즈마화가 진행될 수 있는데, 이때 감지 단계에서 감지부(180)는 이러한 경우를 감지하여 감지된 정보를 제어부(190)로 송신한다.
한편, 제어 단계(S400)는, 감지 단계(S300)에 의해서 감지된 정보를 토대로 매칭 박스(175) 또는 플라즈마 생성부(171)의 작동을 제어하는 단계이다. 즉, 전술한 바와 같이, 하나의 반응 가스 분사부(160)에서만 반응 가스 플라즈마가 분사되는 경우 증착 공정이 제대로 이루어질 수 없는데, 제어부(190)는 매칭 박스(175) 및 플라즈마 생성부(171)의 작동에 제어하여 한 쌍의 플라즈마 생성부(171) 모두에서 플라즈마 생성이 원활하게 이루어지도록 하며, 따라서 한 쌍의 반응 가스 분사부(160)로부터 반응 가스 플라즈마가 분사될 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 한 쌍의 반응 가스 분사부(160) 각각에 플라즈마화된 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부(180)를 구비함으로써 기판(W)으로 반응 가스 플라즈마가 분사되는지의 여부를 정확하게 파악할 수 있으며, 이에 따라 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 원자층 증착 장치 110 : 프로세스 챔버
120 : 서셉터 130 : 히터
140 : 배기가스 배출부 150 : 샤워 헤드
160 : 반응 가스 분사부 170 : 반응 가스 공급부
171 : 플라즈마 생성부 175 : 매칭 박스
180 : 감지부 190 : 제어부

Claims (10)

  1. 증착 대상물인 기판에 대한 증착 공간을 형성하며, 상기 기판이 안착되는 서셉터가 회전 가능하게 결합되는 프로세스 챔버;
    상기 서셉터 본체의 상부에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 장착되며, 상기 기판으로 분사된 소스 가스(source gas)를 반응시키기 위하여 반응 가스(reactance gas)가 플라즈마(plasma)화된 반응 가스 플라즈마를 분사하는 한 쌍의 반응 가스 분사부를 구비하는 샤워 헤드; 및
    상기 한 쌍의 반응 가스 분사부에 각각 결합되어, 상기 반응 가스 분사부를 통해 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되는지를 감지하는 감지부;
    를 포함하며,
    상기 반응 가스 분사부에는 상기 감지부로 상기 반응 가스 플라즈마를 이동시키기 위한 이동홀이 형성되는 원자층 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반응 가스 분사부와 각각 연결되며, 반응 가스 공급부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 상기 반응 가스 플라즈마로 플라즈마화하는 한 쌍의 플라즈마 생성부;
    상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에 연결되며, 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에서 상기 반응 가스를 플라즈마화하기 위한 전원을 공급하는 매칭 박스; 및
    상기 감지부로부터 획득된 정보에 기초하여, 상기 매칭 박스의 전원 공급에 의한 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는 원자층 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 중 하나의 반응 가스 분사부에서 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되는 것을 상기 감지부가 감지하는 경우, 상기 매칭 박스로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부 모두에 전원이 공급되도록 함으로써 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 모두로부터 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되도록 상기 매칭 박스 및 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어하는 원자층 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 이동홀에 연결되며, 상기 반응 가스 플라즈마를 감지하는 센서부재; 및
    상기 센서부재에 의해 감지된 정보를 상기 제어부로 송신하는 송신부재를 포함하는 원자층 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 센서부재 및 상기 송신부재의 적어도 일부분을 감싸도록 마련되며, 상기 반응 가스 분사부로부터 분사되는 상기 반응 가스 플라즈마와 무반응하는 세라믹(ceramic) 재질로 제작되는 보호부재를 더 포함하는 원자층 증착 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 센서부재는 상기 반응 가스 플라즈마의 전하량을 감지함으로써 상기 반응 가스 플라즈마의 분사 유무를 감지하는 센서인 원자층 증착 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 센서부재는 실리콘 카바이드(SiC)를 함유한 금속 재질로 마련되고, 상기 송신부재는 와이어(wire) 재질로 마련되는 원자층 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는,
    상기 소스 가스를 상기 기판으로 분사하는 적어도 한 쌍의 소스 가스 분사부; 및
    상기 기판에 분사된 상기 소스 가스 또는 상기 반응 가스 플라즈마를 퍼지시키기 위한 퍼지 가스(purge gas)를 분사하는 적어도 한 쌍의 퍼지 가스 분사부를 더 포함하는 원자층 증착 장치.
  9. 프로세스 챔버와, 반응 가스(reactance gas)가 플라즈마(plasma)화된 반응 가스 플라즈마를 분사하는 한 쌍의 반응 가스 분사부를 구비하는 샤워 헤드와, 상기 반응 가스 분사부에 각각 결합되어 상기 반응 가스 분사부에 관통 형성된 이동홀을 통해 이동하는 상기 반응 가스 플라즈마를 감지하는 감지부와, 상기 반응 가스를 상기 반응 가스 플라즈마로 플라즈마화한 후 상기 반응 가스 분사부로 공급하는 한 쌍의 플라즈마 생성부와, 상기 플라즈마 생성부에서 상기 반응 가스를 플라즈마화하기 위한 전원을 공급하는 매칭 박스와, 상기 감지부로부터 획득된 정보에 기초하여 상기 매칭 박스의 전원 공급에 의한 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어하는 제어부를 구비하는 원자층 증착 장치의 플라즈마 감지 방법에 있어서,
    상기 매칭 박스로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에 전원을 공급하고 상기 반응 가스 공급부로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부에 반응 가스를 공급함으로써 상기 반응 가스를 상기 반응 가스 플라즈마로 변환시키는, 플라즈마 변환 단계;
    상기 한 쌍의 반응 가스 분사부를 통해 상기 반응 가스 플라즈마를 분사하는, 분사 단계;
    상기 반응 가스 분사부에 각각 장착된 상기 감지부를 통해 상기 반응 가스 플라즈마의 분사 유무를 감지하는, 감지 단계; 및
    상기 감지부로부터 감지된 감지 정보를 토대로 상기 매칭 박스의 전원 공급에 의한 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어하는, 제어 단계;
    를 포함하는 원자층 증착 장치의 플라즈마 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 감지 단계에서 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 중 하나의 반응 가스 분사부에서 상기 반응 가스 플라즈마가 분사됨을 상기 감지부가 감지하는 경우, 상기 제어 단계에서 상기 매칭 박스로부터 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부 모두에 전원이 공급되도록 함으로써 상기 한 쌍의 반응 가스 분사부 모두로부터 상기 반응 가스 플라즈마가 분사되도록 상기 매칭 박스 및 상기 한 쌍의 플라즈마 생성부의 작동을 제어하는 원자층 증착 장치의 플라즈마 감지 방법.
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