KR101253785B1 - 기판 표면처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반응가스 이온 및 라디칼을 샤워헤드의 슬릿을 통해 기판이 위치한 처리공간으로 이동시켜 상기 이온 및 라디칼의 이동량을 증가시키고 밀도 분포를 균일하게 하는 기판 표면처리장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 반응가스를 플라즈마 반응시켜 반응가스 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부와, 피처리물인 기판의 처리공간과, 상기 반응가스 플라즈마를 상기 처리공간으로 안내하도록 복수의 관통 슬릿이 구비된 샤워헤드를 포함하는 기판 표면처리장치를 제안한다.

기판, 표면처리, 플라즈마, 샤워헤드, 슬릿형

Description

기판 표면처리장치{SURFACE PROCESSING APPARATUS FOR SUBSTRATE}

도 1 및 도 2는 종래의 기판 표면처리장치를 나타낸 도면,

도 3a 및 도 3b는 도 2의 샤워헤드 구조를 나타낸 도면,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 샤워헤드의 제1실시예를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 의한 샤워헤드의 제2실시예를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 의한 샤워헤드의 제3실시예를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 의한 샤워헤드의 제4실시예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

115 : 처리공간 120 : 기판 또는 웨이퍼

130 : 히터 140 : 샤워헤드

141 : 샤워헤드 상판 142 : 샤워헤드 하판

143 : 유도관 144 : 소스가스홀

150 : 플라즈마 생성공간 160 : RF 전원공급부

170 : 배기구 240 : 샤워헤드

241 : 관통 슬릿 242 : 소스가스 유입관

243 : 소스 가스홀

350, 370, 450, 470 : 전극판 351, 371, 451 : 절연부재

360 : RF 전원공급부

본 발명은 기판 표면처리장치에 관한 것으로, 특히, 반응가스 이온 및 라디칼을 샤워헤드의 슬릿을 통해 처리공간으로 이동시켜 이동량을 증가시키고 밀도 분포를 균일하게 하는 기판 표면처리장치에 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 소스 가스 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 플라즈마 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 기판 표면처리장치에 대해 보다 구체적으로 나타내고 있는데, 상부에 위치하여 반응가스가 플라즈마 반응되는 플라즈마 발생부는 ICP 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 처리공 간(115)으로 분사된다.

샤워헤드(140)는 다수의 유도관을 가지는 상판(141)과 상기 유도관(143)이 관통되고 상기 유도관이 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 나타낸다.

도 3a는 종래 샤워헤드(140)의 상판(141)의 사시도이고, 도 3b는 상기 상판(141)의 평면도이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 상판(141)은 다수의 홀을 가지는 원판과 같은 형태를 가진다.

위와 같은 샤워헤드(140)는 플라즈마 생성공간(150)의 반응가스 플라즈마를 처리공간으로 분사하기 위한 원통형으로 된 복수의 유도관(143)을 가지는데, 이와 같은 구조에서는 상기 플라즈마 생성공간(150)에 생성된 반응가스 플라즈마가 유도관(143)을 통해서만 이동하게 되므로 이동량에 한계를 가지게 된다. 그래서, 반응가스 플라즈마의 균일한 이동 및 분포가 이루어질 수 없는 문제를 가졌다. 이에 따라 반응가스 플라즈마가 균일하게 분포되지 못하고 한 곳에 편중되면 기판에 증착되는 막 또한 균일한 두께를 가질 수 없게 된다.

또한, 종래의 표면처리장치는, 상부에 형성된 샤워헤드(140)에서 소스가스와 반응가스 이온을 함께 분사하는 구조로 된 것이 있는데, 그럴 경우 반응가스와 소 스가스가 기판 상부에서 가스 상태로 반응하거나 상기 기판 표면에 약한 박막을 형성하는 문제를 갖는다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 샤워헤드의 슬릿을 통해 처리공간으로 이동하는 반응가스 이온 또는 라디칼의 이동량을 증가시키고 밀도 분포를 균일하게 하는 기판 표면처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러, 소스가스를 플라즈마 처리하여 플라즈마 처리된 상태로 공급하여 반응되지 못하고 남는 소스가스의 양을 최소화하는 기판 표면처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반응가스를 플라즈마 반응시켜 반응가스 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부와, 피처리물인 기판의 처리공간과, 상기 반응가스 플라즈마를 상기 처리공간으로 안내하도록 복수의 관통 슬릿이 구비된 샤워헤드를 포함하는 기판 표면처리장치를 제공한다.

또한, 상기 샤워헤드의 측면으로 상기 관통 슬릿 사이 공간에 형성되어 소스가스가 유입되게 하는 복수의 소스가스 유입관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샤워헤드에는 상기 소스가스가 상기 복수의 소스가스 유입관으로 유입되기 전에 버퍼 공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샤워헤드의 일면에 상기 복수의 소스가스 유입관에 고주파 전원 이 인가되게 하는 제1 전극판이 구비되고, 상기 샤워헤드의 타면은 접지와 연결되는 제2 전극판이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판은 상기 복수의 소스가스 유입관의 상하측에 길이방향으로 대향되게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극판을 상기 샤워헤드와 절연시키는 제1 절연부재와, 상기 제2 전극판을 상기 샤워헤드와 절연시키는 제2 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극판이 유전체에 매립된 형태로 이루어지는 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.

본 발명은 샤워헤드에 특징이 있는 것이고, 기판 표면처리장치 중 그 이외의 구성에 대해서는 종래에 이미 잘 알려지고 있는바, 여기서는 본 발명에 따른 샤워헤드를 위주로 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 기판 표면처리장치는 도 1 또는 도 2와 같은 종래의 표면처리장치에서 본 발명에 따른 샤워헤드를 구비하는 것으로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명에 따른 샤워헤드를 가지고 통상의 기술지식을 통해 용이하게 구현할 수 있을 것이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 샤워헤드(240)의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 도 4a 및 도 4b는 상기 샤워헤드(240)의 평면도이고, 도 4c는 상기 샤워헤드(240)의 측단면도이다.

도 4a 내지 도 4c에 도시되는 바와 같이, 본 발명에 의한 샤워헤드(240)는 복수의 관통 슬릿(241)이 구비된다. 상기 관통 슬릿(241)을 통해 플라즈마 생성공간(도 2의 150 참조)의 반응가스 이온 및 라디칼이 하부의 처리공간(도 2의 115 참조)으로 분사된다.

본 발명에서는 위와 같이 샤워헤드(240)의 상부면에 소정의 간격을 두고 복수의 관통 슬릿(241)을 형성하여 반응가스 플라즈마의 이동 및 분포를 균일할 수 있다. 그리고, 관통 슬릿(241)은 종래의 유도관(143)(도 3a 참조)의 홀 방식과 달리 연속된 슬릿 형태를 가지기 때문에 처리공간으로 분사되는 반응가스 플라즈마의 이동량이 더욱 증가될 수 있다.

상기 샤워헤드(240)의 측면을 따라 수평방향으로 관통 슬릿(241) 사이 공간에 복수의 소스가스 유입관(242)이 구비되는데, 상기 소스가스 유입관(242)의 일단에 있는 개구(미도시)를 통해 소스가스가 유입된다. 상기 소스가스 유입관(242)은 상기 관통 슬릿(241)과 샤워헤드(240)의 수평방향으로 비슷한 길이를 가지며 길게 형성된다. 이때, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 소스가스 유입관(242)을 통해 소스가스가 유입되기 전에 상기 관통 슬릿(241)에 교차하는 수평방향으로 버퍼공간(246)을 형성한다. 이를 통해, 유입된 소스가스는, 1차적으로 버퍼공간(246)을 통해 유입된 소스가스의 분포가 균일하도록 하고, 2차적으로 상기 버퍼 공간(246)을 통해 균일해진 소스가스가 각각의 소스가스 유입관(242)으로 이동하게 된다. 또한, 상기 버퍼공간(246)은 상기 복수의 소스가스 유입관(242)을 모두 커버할 수 있는 길이로 상기 샤워헤드(240) 원판의 외주를 따라 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 소스가스홀(243)이 복수개 구비된다. 따라서, 상기 샤워헤드(240)는 기존과 달리, 상판과 하판으로 구별되지 않고, 단일판 형태로 구현될 수 있다.

또한, 관통 슬릿(241)과 소스가스 유입관(242)은 나란히 배열되기 때문에 반응가스의 이동 및 분포와 소스가스의 이동 및 분포가 유사하게 되어 반응가스와 소스가스의 반응성이 더욱 향상될 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 샤워헤드(340)의 측단면도로서, 도 4의 제1실시예에 따른 샤워헤드(240)와 차이점 위주로 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예는 제1실시예와 비교하여, 소스가스 유입관(242)의 상부에 제1 절연부재(351)와 제1 전극판(350)이 수평방향으로 길게 구비되고, 상기 소스가스 유입관(242)의 하부에 상기 제1 절연부재(351)와 제1 전극판(350)에 대향되게 제2 절연부재(371) 및 제2 전극판(370)이 구비되고 있다.

상부에 있는 제1 전극판(350)에는 고주파 전원 공급부(360)가 연결되고, 하부에 있는 제2 전극판(370)은 접지(261)되어, 상기 소스가스 유입관(242)에 고주파 전원을 인가하게 된다. 또한, 상기 제1 및 제2 절연부재(351)(371)는 상기 전극판(350)(370)과 샤워헤드(340)의 표면을 절연시키는 역할을 한다.

이후, 인가된 고주파 전원에 의해 소스가스 유입관(242)을 통해 유입된 소스 가스는 플라즈마 반응된 후 하부의 소스가스홀(243)을 통해 처리공간으로 분사되게 된다.

이에 따라, 처리공간으로 분사되기 전에 소스가스를 플라즈마 반응시키므로 미반응되는 소스가스를 최소화할 수 있다.

한편, 도 6 및 도 7에 도시된 샤워헤드는 도 5에 도시된 제2 실시예에 따른 샤워헤드의 변형이므로 차이점을 위주로 설명한다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 샤워헤드(440)를 나타낸 측단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 샤워헤드(440)는 도 5의 상하부의 제1 및 제2 전극판(450)(470)을 구비하고, 제2실시예의 절연부재(351, 371)는 별도로 구비하지 않는데, 이는 샤워헤드 자체가 절연체의 역할을 하게 된다. 즉, 상기 제1 및 제2 전극판(450)(470)이 형성된 부분을 제외한 샤워헤드의 표면을 아노다이징하거나 기타 절연코팅 등의 방법으로 절연성능을 갖게 한다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 샤워헤드(540)을 나타낸 측단면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 샤워헤드(540)는, 도 6의 제3실시예에 따른 샤워헤드와 비교하여, 고주파 전원(360)과 연결된 전극판(520)이 유전체(451)에 매립된 형태로 이루어진 것을 나타낸다. 이때, 상부 전극판(520)은 고주파 전원(360)과 연결되고, 하부 전극판(470)은 접지와 연결된다. 이를 통해, 상기 샤워헤드(540)의 상부공간(플라즈마 생성공간)과의 아크 방전을 방지할 수 있고, 매립된 전극을 보호할 수 있다.

상기 소스가스 유입관(242)에 유입된 소스가스는 플라즈마 반응되어 소스가스 플라즈마를 생성하게 된다. 그리고, 상기 소스가스 플라즈마는 소스가스홀(243)을 통해 하부의 처리공간으로 분사된다.

이로써, 처리공간에서의 미반응 소스가스 이온의 양을 감소시킬 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 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 슬릿형 샤워헤드를 통해 반응가스 이온 또는 라디칼의 이동량을 기존 보다 증가시킬 수 있으며, 상기 이온 또는 라디칼의 분포도 균일하게 할 수 있다.

또한, 소스가스를 반응공간으로 주입할 때 소스가스를 플라즈마 형태로 변환시켜 주입하게 되면, 반응되지 못하고 남는 소스가스의 양을 최소화하여, 증착 등 기판의 표면처리 능력이 훨씬 향상된다.

즉, 소스가스는 플라즈마 반응에 의해 Si 이온과 그 외의 이온으로 분해되 고, 반응가스 플라즈마의 산소 라디컬 등과 결합하므로 상호간의 반응성이 훨씬 향상될 수 있다. 가령, SiH₄는 Si이온과 H이온으로 분리되고 슬릿을 통해 분사된 산소라디컬 이온 등과 결합하여 기판상에 양질의 SiO₂를 생성할 수 있다.

Claims (7)

1. 반응가스를 플라즈마 반응시켜 반응가스 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;

   피처리물인 기판의 처리공간;

   상기 반응가스 플라즈마를 상기 처리공간으로 안내하도록 복수의 관통 슬릿이 구비된 샤워헤드;

   를 포함하고,

   상기 샤워헤드의 측면으로 상기 관통 슬릿 사이 공간에 형성되어 소스가스가 유입되게 하는 복수의 소스가스 유입관을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 표면처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 샤워헤드에는 상기 소스가스가 상기 복수의 소스가스 유입관으로 유입되기 전에 버퍼 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 표면처리장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 샤워헤드의 일면에 상기 복수의 소스가스 유입관에 고주파 전원이 인가되게 하는 제1 전극판이 구비되고, 상기 샤워헤드의 타면은 접지와 연결되는 제2 전극판이 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 표면처리장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판은 상기 복수의 소스가스 유입관의 상하측에 길이방향으로 대향되게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 표면처리장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제1 전극판을 상기 샤워헤드와 절연시키는 제1 절연부재와, 상기 제2 전극판을 상기 샤워헤드와 절연시키는 제2 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면처리장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 제1 전극판이 유전체에 매립된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 표면처리장치.

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