KR101583667B1 - 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기 - Google Patents
다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기는 반응기 몸체; 다중 분할된 복수개의 소스 타겟 유닛이 설치되어 상기 반응기 몸체의 내부에 설치된 다중 소스 타겟 어셈블리; 및 상기 다중 소스 타겟 어셈블리로 서로 다른 주파수의 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함한다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 복수개의 소스 타겟 유닛에 의해 대면적화가 용이하고 균일한 물리적 기상 증착이 가능하게 된다. 또한 자석을 이용해 이온화 효율을 높여 스퍼터링 효율을 높일 수 있다.
물리적 기상 증착, 소스 타겟, 다중 전극, 자석
Description
본 발명은 용량 결합 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생하여 대면적의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
플라즈마는 같은 수의 음이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 액정 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다.
용량 결합 플라즈마 소스를 사용하는 물리적 기상 증착 설비는 고진공의 플라즈마 반응기 내부에 낮은 압력의 스퍼터링 기체, 보통 아르곤을 흘려주고 DC 또는 RF 전원을 두 전극 사이에 가해 이온화를 야기하여 플라즈마를 발생한다. 이때, 소스 타겟 물질로 덮여있는 음극판은 기판에 비해 음전위로 유지되므로 양전하인 아르곤 이온은 소스 타겟 쪽으로 가속되며 강하게 충돌하여 타겟 물질이 증기 형태로 방출되며, 중성 상태의 타겟 증기는 마주보고 있는 웨이퍼 기판에 증착하게 된다.
그러나 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 불균일하게 될 수 있으며 반응기 내부를 오염시킬 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 얻기가 어렵다.
최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질의 개발되고 있는 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 더욱이 레이저를 이용한 다양한 반도체 제조 장치가 제공되고 있다. 레이저를 이용하는 반도체 제조 공정은 피처리 기판에 대한 증착, 식각, 어닐닝, 세정 등과 같은 다양한 공정에 넓게 적용되고 있다. 이와 같은 레이저를 이용한 반도체 제조 공정의 경우에도 상술한 문제점이 존재한다.
피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다. 그럼으로 단위 면적당 생산성을 높이기 위한 방법으로 생산 설비의 구성들을 효과적으로 배치하는 기술들이 제공되고 있다. 예를 들어, 두 장의 피처리 기판을 병렬로 처리하는 플라즈마 반응기가 제공되고 있다. 그러나 대부분의 두 장의 피처리 기판을 병렬로 처리하는 플라즈마 반응기들은 두 개의 플라즈마 소스를 탑재하고 있어서 실질적으로 공정 설비의 최소화를 이루지 못하고 있는 실정이다.
만약, 플라즈마 반응기를 두 개 이상 수직 또는 수평으로 병렬 배열할 때 각 구성의 공통적인 부분을 공유하고 하나의 플라즈마 소스에 의해서 두 장의 피처리 기판을 병렬 처리할 수 있다면 설비 공간의 축소나 설비 구성의 최소화에 의한 여러 가지 이득을 얻을 수 있을 것이다.
어느 산업 분야에서와 같이, 반도체 산업에서도 생산성을 높이기 위해 여러 가지 노력들이 계속되고 있다. 생산성을 높이기 위해서는 기본적으로 생산 설비가 증가되거나 향상되어야 한다. 그러나 단순히 생산 설비를 증가하는 것으로는 공정 설비의 증설 비용뿐만 아니라 클린룸의 공간 설비 또한 증가하게 되어 고비용이 발생되는 문제점을 갖고 있다.
본 발명의 목적은 대면적의 균일한 물리적 기상 증착을 할 수 있는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 복수개의 소스 타겟 유닛들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하여 보다 균일한 물리적 기상 증착을 할 수 있는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 자석을 이용해 이온화 효율을 높여 스퍼터링 효율을 높일 수 있는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 대면적화가 용이하며 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 대면적화가 용이하며 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 그리고 둘 이상의 대면적의 피처리 기판을 동시에 처리할 수 있 어서 설비 면적당 기판 처리율이 높은 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기는: 반응기 몸체; 다중 분할된 복수개의 소스 타겟 유닛이 설치되어 상기 반응기 몸체의 내부에 설치된 다중 소스 타겟 어셈블리; 및 상기 다중 소스 타겟 어셈블리로 서로 다른 주파수의 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 소스 타겟 유닛은 소스 타켓의 기능과 용량 결합 전극의 기능을 겸하는 타겟 전극을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 타겟 전극은 하나 이상의 자석을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 소스 타겟 유닛은 상기 타겟 전극을 지지하는 타겟 전극 지지대를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 타겟 전극 지지대는 상기 타겟 전극의 냉각을 위한 냉각 라인을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 타겟 전극 지지대는 상기 타겟 전극을 지지하기 위한 돌기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원과 상기 다중 소스 타겟 어셈블리 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원과 상기 임피던스 정합기 사이에 구성되어 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 다중 소스 타겟 어셈블리는 상기 복수개의 소스 타겟 유닛이 장착되는 타겟 장착판을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 타겟 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고, 상기 가스 분사홀을 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 내부에 피처리 기판이 놓이는 지지대를 구비하고, 상기 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원으로부터의 서로 다른 둘 이상의 주파수 합성을 수행하는 주파수 합성기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 주파수 합성기로부터 제공되는 상기 합성된 주파수 전원을 상기 복수개의 소스 타겟 유닛으로 분배하는 분배 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 타겟 전극은 서로 다른 둘 이상의 재질로 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기는: 제1 플라즈마 반응기를 구성하는 제1 반응기 몸체; 제2 플라즈마 반응기를 구성하는 제2 반응기 몸체; 다중 분할된 복수개의 소스 타겟 유닛이 설치되어 상기 제1 반응기 몸체의 내부에 설치된 제1 다중 소스 타겟 어셈블리; 다중 분할된 복수개의 소스 타 겟 유닛이 설치되어 상기 제2 반응기 몸체의 내부에 설치된 제2 다중 소스 타겟 어셈블리; 및 상기 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리 각각으로 서로 다른 주파수의 전원을 공급하기 위한 둘 이상의 메인 전원 공급원을 포함한다.
본 발명의 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기에 의하면, 복수개의 소스 타겟 유닛에 의해 대면적화가 용이하고 균일한 물리적 기상 증착이 가능하게 된다. 또한 자석을 이용해 이온화 효율을 높여 스퍼터링 효율을 높일 수 있다. 그리고 둘 이상의 대면적의 피처리 기판을 동시에 처리할 수 있어서 설비 면적당 기판 처리율이 높일 수 있다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11), 가스 공급부(20), 다중 소스 타겟 어셈블리(30)를 포함한다. 반응기 몸체(11)는 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 반응기 몸체(11)의 하부에는 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)이 설치된 다중 소스 타겟 어셈블리(30)가 구성된다. 가스 공급부(20)는 다중 소스 타겟 어셈블리(30)의 하부에 구성되어 가스 공급원(미도시)으로부터 제공된 반응 가스를 다중 소스 타겟 어셈블리(30)에 구성된 다수개의 가스 분사홀(32)을 통하여 반응기 몸체(11)의 내부로 공급한다. 제1 메인 전원 공급원(40) 및 제2 메인 전원 공급원(41)은 서로 다른 주파수(f1, f2)의 전원을 각각 연결된 임피던스 정합기(44, 45)를 통하여 다중 소스 타겟 어셈블리(30)에 구비된 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)으로 공급한다. 제1 및 제2 메인 전원 공급원(40, 41)과 임피던스 정합기(44, 45) 사이에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급원(42, 43)이 마련될 수 있다. 반응기 몸체(11)의 내부에는 다중 소스 타겟 어셈블리(30)에 의해 반응 가스 예를 들어, 아르곤 가스가 이온화되고 아르곤 이온이 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)으로 가속되어 타겟 증기가 발생되어 피처리 기판(13)에 증착된다.
플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11)와 그 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 반응기 몸체(11)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질이나 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금 된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(11)를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응기 몸체(11)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 반응기 몸체(11)의 구조는 피처리 기판(13)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다.
피처리 기판(13)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 플라즈마 반응기(10)는 진공 펌프(8)에 연결된다. 플라즈마 반응기(10)는 대기압 이하의 저압 상태에서 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다. 그러나 본 발명의 플라즈마 반응기(10)는 대기압에서 피처리 기판을 처리하는 대기압의 플라즈마 처리 시스템으로도 구현될 수 있다.
가스 공급부(20)는 다중 소스 타겟 어셈블리(30)의 상부에 설치된다. 가스 공급부(20)는 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스 입구(21)와 하나 이상의 가스 분배판(22) 그리고 복수개의 가스 주입구(23)를 구비한다. 복수개의 가스 주입구(23)는 타겟 장착판(34)의 복수개의 가스 분사홀(32)에 대응되어 연결된다. 가스 입구(21)를 통하여 입력된 반응 가스는 하나 이상의 가스 분배판(22)에 의해서 고르게 분배되어 복수개의 가스 주입구(23)와 그에 대응된 복수개의 가스 분사홀(32)을 통하여 반응기 몸체(11)의 내부로 고르게 분사된다. 구체적인 도면의 도시는 생략하였으나, 가스 공급부(20)는 둘 이상의 분리된 가스 공급 채널을 구비하여 서로 다른 가스를 분리하여 반응기 몸체(11)의 내부로 공급함으로서 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있다.
도 2는 자석을 포함하는 소스 타겟 유닛(31, 33)의 구조를 보여주는 도면이고, 도 3는 및 도 4는 소스 타겟 유닛(31, 33)의 단면도이다.
도 2를 참조하여, 소스 타겟 유닛(31, 33)은 타겟 전극 지지대(37)를 중심으로 양측에 타겟 전극(35,36)이 구비되고, 타겟 전극 지지대(37) 내에 삽입된 자석(70)으로 구성될 수 있다. 타겟 전극(35,36)은 물리적 기상 증착을 위한 소스 타켓의 기능과 용량 결합 전극의 기능을 겸한다. 타겟 전극 지지대(37)는 유전체 재질로 마련되어 도체 재질인 타겟 전극(35, 36)을 지지한다.
또한 소스 타겟 유닛(31, 33)은 하나 이상의 자석(70)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 타겟 전극 지지대(37)에 길이 방향으로 복수개의 N극 자석(71) 및 S극 자석(72)이 교대적으로 극성을 달리하여 배치될 수 있다. 자석(70)은 영구 자석으로 구성되지만, 전자석으로 구성될 수도 있다. 이와 같이, 소스 타겟 유닛(31, 33)에 영구 자석이나 전자석을 배열함으로써, 이온화 효율을 높여 스퍼터링 효율을 높일 수 있다.
도 3을 참조하여, 타겟 전극 지지대(37)는 타겟 전극(35, 36)의 냉각을 위한 냉각 라인(39) 및 타겟 전극(35, 36)을 지지하기 위한 돌기(38)를 포함할 수 있다. 이 외에도 타겟 전극 지지대(37)는 타겟 전극(35,36)의 교환 가능한 설치 구조를 가질 수 있다.
도 4를 참조하여, 소스 타겟 유닛(31, 33)은 복수개의 제1 소스 타겟 유닛(31)과 제2 소스 타겟 유닛(33)이 간격을 두고 교대적으로 병렬로 배열된 구조를 갖는다. 소스 타겟 유닛(31, 33)에 의해 반응 가스 예를 들어, 아르곤 가스가 이온화되고 아르곤 이온이 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)으로 가속되어 타겟 증기가 발생되어 피처리 기판(13)에 증착된다.
도 5는 소스 타겟 유닛(31, 33)으로 서로 다른 주파수의 전원을 공급하는 예를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하여, 다중 소스 타겟 어셈블리(30)는 반응기 몸체(11)의 내부에 전기적 용량 결합에 의한 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)을 구비한다. 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)은 타겟 장착판(34)에 장착된다. 타겟 장착판(34)은 반응기 몸체(11)의 상부를 이루도록 설치될 수 있다. 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)은 반응기 몸체(11)의 하부를 선형으로 가로지르는 복수개의 제1 소스 타겟 유닛(31)과 제2 소스 타겟 유닛(33)이 간격을 두고 교대적으로 병렬로 배열된 구조를 갖는다. 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)은 타겟 장착판(34)의 아래로 돌출된 선형의 장벽구조를 갖는다.
타겟 장착판(34)은 복수개의 가스 분사홀(32)을 구비한다. 복수개의 가스 분사홀(32)은 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33) 사이에 일정 간격을 두고 길이 방향으로 나열되어 구성된다. 타겟 장착판(34)은 금속이나 비금속 또는 이들의 혼합된 물질로도 구성이 가능하다. 타겟 장착판(34)은 반응기 몸체(11)의 상부 구성하도록 설치되지만 기판 처리 효율을 높이기 위하여 반응기 몸체(11)의 측벽을 따라 설치될 수도 있다. 또는 저면과 측벽에 모두 설치될 수도 있다. 구체적인 도시는 생략되었으나, 타겟 장착판(34)은 적절한 온도 제어를 위한 냉각 채널 또는 히팅 채널을 구비할 수 있다.
플라즈마 반응기(10)는 다중 소스 타겟 어셈블리(30)로 서로 다른 주파수를 공급하기 위한 둘 이상의 전원 공급원(40, 41)을 구비한다. 일 실시예로 제1 전원 공급원(40)은 제1 소스 타겟 유닛(31)에 제1 주파수(f1)의 전원을, 제2 전원 공급원(41)은 제2 소스 타겟 유닛(33)에 제2 주파수(f2)의 전원을 공급한다. 또한 제1 및 제2 메인 전원 공급원(40, 41)과 임피던스 정합기(44, 45) 사이에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급원(42, 43)이 마련될 수 있다. 직류 전원 공급원(42, 43)은 제1 및 제2 주파수(f1, f2)의 전원의 전압 레벨을 높인다. 다중 소스 타겟 어셈블리(30)는 둘 이상의 서로 주파수에 의해서 구동되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 반응기(10)의 내부에 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.
제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)은 각기 서로 다른 주파수(f1, f2)를 발생한 다. 예를 들어, 제1 전원 공급원(40)은 1MHz 이상의 주파수를 발생하고, 제2 전원 공급원(40)은 1MHz 보다 낮은 주파수를 발생한다. 이 실시예에는 두 개의 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)을 구비한 예를 설명하였으나 셋 이상의 서로 다른 주파수를 발생하기 위한 셋 이상의 전원 공급원이 구비될 수도 있다. 또는 주파수 변조가 가능한 하나의 전원 공급원을 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하여, 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 메인 전원 공급원(40, 41)으로부터의 서로 다른 둘 이상의 주파수 합성을 수행하는 주파수 합성기(46), 및 주파수 합성기(46)로부터 제공되는 합성된 주파수(f1+f2)의 전원을 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)으로 분배하는 분배 회로(50)를 포함한다. 복수개의 소스 타겟 전극(31, 33)은 합성된 주파수(f1+f2)의 전원을 분배 회로(50)를 통하여 공급받아 구동되며 이에 따라 반응기 몸체(11)의 내부에 용량 결합된 플라즈마가 유도된다.
분배 회로(50)는 제1 소스 타겟 유닛(31)에 합성된 주파수(f1+f2)의 전원을 공급하는 비반전기(51)와 제2 소스 타겟 유닛(33)에 합성된 주파수(f1+f2)의 반전된 전원을 공급하는 반전기(52)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 분배 회로(50)는 전류 균형 회로를 포함할 수 있다. 전류 균형 회로는 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)으로 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 한다. 그럼으로 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)에 의해 대면적의 플라즈마를 발생할 수 있을 뿐 만 아니라 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)을 병렬 구동함에 있어서 자동적으로 전류 균형을 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 서로 다른 둘 이상의 재질로 구성된 타겟 전극을 갖는 소스 타켓 유닛의 다양한 변형 구조들을 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 타겟 전극(35, 36)은 서로 다른 둘 이상의 재질로 구성될 수 있다. 타겟 전극(35, 36)은 증착 공정에 따라 필요한 물질로 선택 가능하다. 즉, 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)에 장착되는 모든 타겟 전극(35, 36)이 동일한 물질로 구성되거나 서로 다른 물질을 포함하도록 구성이 가능하다. 예를 들어, 반도체 제조 공정에서 알루미늄, 티타늄, 질화티타늄, 코발트 실리사이드, 구리 실리사이드, 구리 도금을 위한 구리 씨앗층 등 금속막 형성 공정에 널리 사용이 가능하다. 이와 같이 금속, 합금, 산화물, 질화물, 탄화물등의 다양한 종류의 타겟 물질을 사용할 수 있으며 서로 다른 물질을 혼용한 다중 구성도 가능하다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예예 따른 복합 플라즈마 반응기는 병렬로 구성되는 제1 및 제2 플라즈마 반응기(10a, 10b), 제1 및 제2 플라즈마 반응 기(10a, 10b)의 내부에 각기 구비되는 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b) 그리고 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)의 사이에 구성되는 가스 공급부(20a)를 포함한다. 제1 및 제2 플라즈마 반응기(10a, 10b)는 내부에 피처리 기판(13a, 13b)이 놓이는 지지대(12a, 12b)가 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)에 대향하여 일 측으로 설치된다. 가스 공급부(20)는 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)의 사이에 구성되어 가스 공급원(미도시)으로부터 제공된 가스를 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)의 가스 분사홀(32a, 32b)을 통하여 제1 및 제2 플라즈마 반응기(10a, 10b)의 내부로 공급한다.
도 10을 참조하여, 메인 전원 공습원(40, 41)으로부터 발생된 서로 다른 주파수(f1, f2)의 전원은 각각 임피던스 정합기(44, 45)를 통해 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)로 공급된다. 도 11을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예예 따른 복합 플라즈마 반응기는 메인 전원 공급원(40, 41)으로부터의 서로 다른 둘 이상의 주파수 합성을 수행하는 주파수 합성기(46), 및 주파수 합성기(46)로부터 제공되는 합성된 주파수(f1+f2)의 전원을 복수개의 소스 타겟 유닛(31, 33)으로 분배하는 분배 회로(50)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서 상술한 제1 및 제2 실시예의 구성과 동일한 구성에 대해서는 반복적인 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 본 발명의 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증 착 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 플라즈마 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.
도 2는 자석을 포함하는 소스 타겟 유닛의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3는 및 도 4는 소스 타겟 유닛의 단면도이다.
도 5는 소스 타겟 유닛으로 서로 다른 주파수의 전원을 공급하는 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 서로 다른 둘 이상의 재질로 구성된 타겟 전극을 갖는 소스 타켓 유닛의 다양한 변형 구조들을 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 플라즈마 반응기 11: 반응기 몸체
12: 지지대 13: 피처리 기판
20: 가스 공급부 21: 가스 입구
22: 가스 분배판 23: 가스 주입구
30: 다중 소스 타겟 어셈블리 31, 33: 소스 타겟 유닛
32: 가스 분사홀 34: 타겟 장착판
35,36: 타겟 전극 37: 타겟 전극 지지대
38: 돌기 39: 냉각 라인
40: 제1 메인 전원 공급원 41: 제2 메인 전원 공급원
42: 제1 직류 전원 공급원 43: 제2 직류 전원 공급원
44: 제1 임피던스 정합기 45: 제2 임피던스 정합기
46: 주파수 합성기 50: 분배 회로
70: 자석
Claims (15)
- 반응기 몸체;다중 분할된 복수개의 소스 타겟 유닛이 설치되어 상기 반응기 몸체의 내부에 설치된 다중 소스 타겟 어셈블리; 및상기 소스 타겟 유닛 각각으로 서로 다른 주파수의 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하고,상기 소스 타겟 유닛은 하나 이상의 자석을 내부에 구비하고 냉각을 위한 냉각 라인을 하부 일측에 구비한 타겟 전극 지지대, 및 상기 타겟 전극 지지대의 외부 양측에 각각 구비되고 상기 서로 다른 주파수의 전원이 각각 공급되는 타겟 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 타겟 전극 지지대는 상기 타겟 전극을 지지하기 위한 돌기를 포함하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 메인 전원 공급원과 상기 다중 소스 타겟 어셈블리 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제7항에 있어서,상기 메인 전원 공급원과 상기 임피던스 정합기 사이에 구성되어 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급원을 포함하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 다중 소스 타겟 어셈블리는 상기 복수개의 소스 타겟 유닛이 장착되는 타겟 장착판을 포함하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제9항에 있어서,상기 타겟 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고,상기 가스 분사홀을 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 반응기 몸체는 내부에 피처리 기판이 놓이는 지지대를 구비하고, 상기 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나인 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 메인 전원 공급원으로부터의 서로 다른 둘 이상의 주파수 합성을 수행하는 주파수 합성기를 포함하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제12항에 있어서,상기 주파수 합성기로부터 제공되는 상기 합성된 주파수 전원을 상기 복수개의 소스 타겟 유닛으로 분배하는 분배 회로를 포함하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 타겟 전극은 서로 다른 둘 이상의 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 플라즈마 반응기.
- 제1 플라즈마 반응기를 구성하는 제1 반응기 몸체;제2 플라즈마 반응기를 구성하는 제2 반응기 몸체;다중 분할된 복수개의 소스 타겟 유닛이 설치되어 상기 제1 반응기 몸체의 내부에 설치된 제1 다중 소스 타겟 어셈블리;다중 분할된 복수개의 소스 타겟 유닛이 설치되어 상기 제2 반응기 몸체의 내부에 설치된 제2 다중 소스 타겟 어셈블리; 및상기 제1 다중 소스 타겟 어셈블리의 소스 타겟 유닛 각각 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리의 소스 타겟 유닛 각각으로 서로 다른 주파수의 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하고,상기 소스 타겟 유닛은 하나 이상의 자석을 내부에 구비하고 냉각을 위한 냉각 라인을 하부 일측에 구비한 타겟 전극 지지대, 및 상기 타겟 전극 지지대의 외부 양측에 각각 구비되고 상기 서로 다른 주파수의 전원이 각각 공급되는 타겟 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 소스 타겟 어셈블리를 갖는 물리적 기상 증착 복합 플라즈마 반응기.
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| JP7100853B2 (ja) * | 2017-06-05 | 2022-07-14 | テルモ株式会社 | 分化誘導細胞の調製方法 |
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| KR20100100531A (ko) | 2010-09-15 |
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