KR101696333B1 - 감소된 공구 풋 프린트를 갖는, 균일한 박막 증착을 위한 평행판 반응기 - Google Patents

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Abstract

용량 결합된 평행판 플라즈마 강화 화학 기상 증착 반응기가 제공되며, 상기 반응기는 RF 전극에 통합되며 적어도 하나의 개스 아울렛을 포함하는 개스 분배 유닛을 포함하며, 상기 개스 분배 유닛이 상기 개스 분배 유닛의 독립적인 개스 분배 조정 및 개스 배출 프로파일을 제공하는 방식으로 구성된 다단 (multiple-stage) 샤워 꼭지 (showerhead)를 포함한다

Description

감소된 공구 풋 프린트를 갖는, 균일한 박막 증착을 위한 평행판 반응기{Parallel plate reactor for uniform thin film deposition with reduced tool foot-print}
본 발명은 RF 전극에 통합된 개스 분배 유닛 및 개스 아울렛을 포함하는, 용량 결합된 평행판 플라즈마 강화 화학 기상 증착 반응기에 관한 것이다.
용량 결합된 평행판 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 반응기는 보통 태양 전지 제조를 위한 반도체 기판과 같은 기판 상에 박막을 증착하기 위해 사용된다. 플라즈마 제조 과정에서는 기판 표면의 높은 공간 균일성 (spatial uniformity)으로 과정이 수행되는 것이 중요하다. 즉, 증착 과정은 증착된 물질이 기판 표면의 모든 위치에서 균일한 두께 및 품질을 갖도록 수행되어야 한다.
평행판 반응기의 컨셉은 평행한 판 모양 (plate-like) 전극의 배열로 특징지워지는데, 여기서 이 전극들은 기밀 (gas tight), 폐쇄된, 온도 제어되는 챔버에 배치된다. 상기 폐쇄된 챔버는 그 자체의 진공 펌핑 시스템에 연결되며 온도 제어되는 챔버이다. 상기 평행판 반응기는 자체 펌핑 시스템이 제공된 진공 챔버에서도 종종 사용된다.
보통, 비대칭 RF 전압이 전력을 갖는 평행판 장치에서 생성된 플라즈마를 제공하기 위해 사용된다. 상기 RF 전압은 RF 발전기에 의해 제공된다. 통상, 사용되는 플라즈마 여기 주파수는 13 MHz에서 약 80 MHz 사이의 범위에 있다. 2개의 평행 전극들 중의 적어도 하나, 특히 상기 RF 공급 전극은 평행판 반응기의 반응실 (reaction room)에 개스를 공급하는 개스 분배 시스템을 갖는다.
평행판 반응기의 반응실은 대부분 전극 크기 및 전극간의 거리와 반응 챔버의 벽에 의해 정의된다. RF 전극의 측면에 제공되는 소위 펌핑 그리드들이 배기 방향으로 반응실의 전기 분리를 위해 사용된다. 상기 펌핑 그리드들은 전저 전도 물질로 구성되며 기체 불침투성 (impermeable)이다. 종종, 2개의 펌핑 그리들이 반대 의 장치 (arrangement)에 적용된다. 이 구성으로, 상기 반응실의 상호 대칭 펌프 다운 (pump down)이 가능하다. 전극들의 상호 간의 거리는 기술적 필요에 의해 결정되는데 통상 약 10 mm와 30 mm 사이의 영역에 있다. 처리된 기판들은 보통 접지된 전극 상에 놓인다.
평행판 반응기 컨셉의 기술적 장점은 폐쇄되고, 한정된 (defined) 반응실 및 제공된 개스의 작은 가용 개스 버퍼 부피에 있다. 따라서, 플라즈마 화학 반응기의 평형 상태 조정 및 반응실의 정지 개스 조성의 조정이 이루어질 때까지 플라즈마 점화 간의 시간이 짧다. 이것은 매우 얇은 층의 한정된 증착에 특히 중요하다. 플라즈마 증착 과정의 일시적 진동 거동으로 형성되는 존재할 수도 있는 층 구배가 이에 의해 강하게 감소될 것이다.
평행판 반응기로, 특정 과정의 청결도에 대한 요구 및 특정 요구들이 쉽게 충족될 수 있다. 평행판 반응기와 상기 반응기가 위치하는 진공 챔버 간의 반응실 분리로 인해, 대기압과 처리압 간의 엄청난 규모의 (several magnitudes) 압력차가 성취된다. 따라서, 부분압 및 이로 인한 대기 가스가 준비 과정에 미치는 영향이 현저하게 줄어들 수 있다. 나아가, 진공 챔버 및 인접 챔버에서의 사용된 처리 가스의 유출 (diversion)이 지연된다.
진공 챔버의 주변실 (surrounding room)과 무관하게, 평행판 반응기를 개별적으로 세척할 수 있는 것은 매우 유리하다. 평행판 반응기의 가장 작은 어셈블리에 의해, 진공 챔버의 잘 수행된 단열이 가능하다. 반응기에 통합된 벽 가열기 (wall heater)가 기판의 균일한 열 제어를 위해 마련된다.
평행판 반응기에 의한 표면 처리의 효율성은 본질적으로 가능한 프로세스 변수들 및 이 변수들로 성취할 수 있는 균일성에 대한 요구이다. 중요한 프로세스 변수들은 예컨대 플라즈마 여기 주파수, RF 전력, 프로세스 압력 및 전체 개스 플로우 (gas 플로우) 및 사용된 개스의 혼합 비율 (mixing ratio)이다. 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD)을 위해, 도달가능한 층 증착률이 자주 매우 중요하다. 층 증착률 (layer deposition rate)은 주로 사용된 플라즈마 여기 주파수 및 이에 의해 사용된 RF 전력에 영향을 받는다. 여기 주파수가 높으면 높을수록, 플라즈마의 전자 및 이온 밀도가 커진다. 이와 함께, 전극 배열 상의 연소 전압이 감소될 수 있는데, 이로 인해 기판 표면의 이온들의 에너지가 감소한다. 나아가, 사용된 개스의 분리 (dissociation) 또는 분열 (fragmentation)이 더 높은 플라즈마 여기 주파수에서 보다 강하며, 이로 인해 특히 보다 높은 증착률이 감소될 수 있다.
플라즈마 제조 공정의 공간적 균일성 (spatial uniformity)을 개선하기 위한 많은 디자인들이 개발되었다. U.S. 특허 출원 2009/0159423 A1와 같은 몇몇 디자인들은 균일한 플라즈마 밀도 형성에 집중하는데, 왜냐하면 플라즈마 농도의 비균일성은 이에 상응하여 기판 상에서 수행되는 플라즈마 공정의 비균일성을 낳기 때문에 바람직하지 않기 때문이다. 나아가, 소위 샤워 꼭지 전극 (showerhead electrode)에 의해 성취될 수 있는 균일한 개스 분배를 플라즈마 챔버에 제공하는 것도 필요하다. 상기 샤워 꼭지는 하나 이상의 개스 분배 플레이트 또는 상기 샤워 꼭지 내의 수개의 개스 아울렛 통과 경로 (passage way)를 갖는 확산기 (diffusers)들로 구성된다. 상기 샤워 꼭지는 RF 전극과 개스 분배 기능을 하나의 유닛에 결합시킨다.
샤워 꼭지 전극의 플레이트 내의 구멍 (hole)으로 인해, 상기 구멍 및 이 구멍의 단면을 통과하는 개스의 속도에 따라, 종종 상기 샤워 꼭지에 의해 상기 기판 상에 증착도니 개스 분배 플레이트에 구멍 분배 "이미지 (image)"가 생긴다. 즉, 증착된 층에 파형 표면이 형성되며, 여기서 파고가 상기 구멍들 바로 아래 형성된다.
나아가, 공지된 반응기들은 종종 반응기 주변 (ambient)을 불완전하게 보호 (shield)하는 문제를 가지며, 이로 인해 원하지 않는 입자들이 반응기 챔버로 유입되는 결과를 낳는다.
따라서 본 발명의 목적은 높은 두께 균일성 및 품질을 갖는 층이 생산될 수 있는 전술한 타입의 용량 결합된 평행판 플라즈마 강화 화학 기상 증착 반응기를 제공하는 것이다.
상기 목적은 용량 결합된 평행판 플라즈마 강화 화학 기상 증착 반응기 (1, 1')에 의해 해결되는데, 상기 반응기는 RF 전극에 통합되며 적어도 하나의 개스 아울렛 (8a, 8b; 34; 43a, 43b)을 포함하는 개스 분배 유닛을 포함하며, 상기 개스 분배 유닛이 상기 개스 분배 유닛의 독립적인 개스 분배 조정 및 개스 배출 프로파일을 제공하는 방식으로 구성된 다단 (multiple-stage) 샤워 꼭지 (showerhead)를 포함한다.
평행판 반응기의 증착 영역에서의 개스 분배는 신선한 개스의 개스 공급의 구체적 조건 및 층 형성에 더이상 기여하지 않는 사용된 개스의 개스 아울렛 또는 또는 사용된 개스의 부산물의 분해의 특정 조건에 주로 좌우된다. 전술한 바와 같이, 평행판 반응기에 사용되는 공지의 샤워 꼭지에서는 개스 배출 프로필이 각 개스 분배 유닛에 의해 제공되는 개스 분배에 직접 좌우되며 이것이 전술한 것과 같은 증착된 층 상의 파형의 표면 프로필을 낳는다. 이와 달리, 본 발명은 개스 분배를 개스 배출 프로필의 형성과 이격시키는 샤워 꼭지 구성을 포함하는 개스 분배 유닛을 제안하는 바, 한편으로는 개스 분배의 조정이 가능하며 다른 한편으로는 상호 독립적으로 개스 배출 프로파일을 제공하는 것이 가능하다. 이것은 특히 박막의 경우에 균일한 층 증착을 가져온다.
바람직하게, 발명의 컨셉은 용량 결합된 평행판 플라즈마 강화 화학 기상 증착 반응기에 의해 구현될 수 있는데, 상기 반응기는 RF 전극에 통합되며 적어도 하나의 개스 아울렛을 포함하는 개스 분배 유닛을 포함하며, 상기 개스 분배 유닛이 상기 개스 분배 유닛의 독립적인 개스 분배 조정 및 개스 배출 프로파일을 제공하는 방식으로 구성된 다단 (multiple-stage) 샤워 꼭지 (showerhead)를 포함하며, 기 개스 분배 유닛은 반응기를 통과하는 개스 플로우 (gas flow)의 방향으로 적어도 하나의 구멍이 뚫린 (perforated) 제 1 개스 분배 플레이트 및 상기 제 1 개스 분배 플레이트로부터 이격된 적어도 하나의 구멍이 뚫린 제 2 개스 분배 플레이트 , 상기 제 1 개스 분배 플레이트의 구멍들 보다 큰 단면을 갖도록 구성된 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍을 포함하며, 상기 제 1 개스 분배 플레이트 및 상기 제 2 개스 분배 플레이트의 개별 구멍 또는 구멍 집단들 사이에 이격된 개스 버퍼 볼륨 (gas 버퍼 볼륨)이 제공되는데, 상기 개스 버퍼 볼륨들은 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍보다 큰 단면을 갖도록 구성된다.
본 발명에서 균일한 층 증착의 조정을 위한 개스 공급에 필요한 요구사항들은 증착 영역과 반대되도록 적응된 국지적 패턴들 및 샤워 꼭지 개스 구멍의 개별 크기에 의해 달성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 개스 구멍의 크기는 각 개스 구멍를 통과해서 흐르는 개스량이 플라즈마 공정을 위해 필요한 전체 개스 플로우에 따라 정의되는 방식으로 만들어진다. 이와 같은 이유에서, 제 1 및 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍들 사이의 이격된 개스 버퍼 볼륨에 의해 형성된 전극 내부의 상응하는 개스 버퍼가 사용되어, 개스 플로우가 개별 각 개스 구멍을 위해 충분한 개스량을 제공할 수 있는 효과를 낳는다.
본 발명은 선호하는 (favourite) 개스 매니지먼트 (management)를 제공하며 이것으로 기판에 증착되는 층의 프로필을 조정할 수 있는 가능성을 제공한다. 샤워 꼭지의 상기 제 1 개스 분배 플레이트는 그것의 작은 구멍으로 인해 낮은 개스 전도도를 갖는 플레이트로 기능하여, 상기 제 1 플레이트의 구멍으로부터 배출되는 개스 플로우의 직경이 비교적 작게 된다. 만일 이 개스 플로우가 기판 표면에 직접 영향을 주면, 상기 개스 플로우 아래 놓인 기판 상의 영역들이 다른 영역들보다 큰 두께로 증착될 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 개스 플로우가 기판 표면에 직접 충돌하지 않고 상기 제 1 개스 분배 플레이트의 각 구멍에 상응하는 개스 버퍼 볼륨으로 안으로 흘러들어간다. 상기 개스 플로우는 상기 제 1 플레이트의 각 구멍에 이어지는 상응하는 개스 버퍼 볼륨에 의해 제공되는 공간 (room)에 분배되는데, 이것이 개스 플로우 직경의 팽창을 가져온다. 상기 개스 버퍼 볼륨이 상기 제 1 및 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍을 연결하기 때문에, 상기 개스 플로우가 그 후 샤워 꼭지의 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍을 통해 통과한다. 상기 제 2 개스 분배 플레이트는 바람직하게는 제 1 개스 분배 플레이트와 평행하며 상기 제 2 개스 분배 플레이트에 형성된 더 큰 구멍으로 인해 상기 제 1 개스 분배 플레이트보다 높은 개스 전도도를 갖는다. 따라서, 상기 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍을 통해 잘 분배된 개스 플로우는 넓은 확산 (spreading) 각 및 높은 균일성을 갖는다.
상기 제 1 및 제 2 개스 분배 플레이트의 적절한 개스 플로우의 선택에 의해, 상기 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍을 벗어나는 개스 플로우가 제 2 개스 분배 플레이트의 인접한 구멍들로부터 배출되는 부분 개스 플로우가 중첩되어 그 아래 놓인 기판의 표현 상에 상당히 균일한 두께의 층을 형성하는 방식으로 조정될 수 있다. 개스 버퍼 볼륨이 상호 이격 됨으로써 제 1 개스 분배 플레이트의 구멍으로부터 벗어나는 개스 플로우의 원치 않는 상호 혼합이 발생하지 않는 것이 구현된다.
본 발명의 원칙은 샤워 꼭지의 2개 이상의 개스 분배 플레이트로도 작동하며 이경우 상기 제 1 플레이트 및/또는 제 2 플레이트의 구멍이 구멍의 그룹으로 결합된다.
본 발명의 반응기는 제 2 플레이트의 구멍이 제 1 플레이트의 구멍보다 큰 단면을 갖도록 구성되고, 상기 개스 버퍼 볼륨들이 제 2 플레이트의 구멍보다 더 큰 단면을 갖도록 구성되도록 구현될 수 있다. 이 구성에서, 상기 개스 버퍼 볼륨은 간단하게 드릴링으로 형성될 수 있는 실린더 형태를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에서, 개스 버퍼 볼륨의 측벽들은 상기 개스 버퍼 볼륨이 상기 제 1 플레이트 근처에서는 보다 작은 직경을 갖고 상기 제 2 플레이트 근처에서는 보다 큰 직경을 갖도록 경사질 수 있다. 어떤 경우에나, 상기 개스 버퍼 볼륨은 충분히 크고 길어서 개스 버퍼 볼륨 내의 개스 플로우가 풍선처럼 팽창할 수 있고 개스 버퍼 볼륨 내에서 좋은 개스 분배가 가능하여 개스가 높은 균일성으로 제 2 플레이트의 구멍을 통해 거의 일직선으로 기판 상에 인도될 수 있다.
상기 제 2 개스 분배 플레이트 구멍의 직경과 상기 제 1 개스 분배 플레이트의 구멍의 직경 간의 관계는 반응기의 각 필요조건 및 증착된 층의 변수에 쉽게 적응될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상시 제 1 개스 분배 플레이트는 상기 제 1 개스 분배 플레이트에 의해 개스 차단 효과를 얻는데 필요한 개스압 저하를 생성하는 것이 가능한 개스 플로우 전도도를 갖는다. 이것을 달성하기 위해, 상기 제 1 개스 분배 플레이트의 각 개스 구멍의 상기 개스 플로우 전도도 및 모든 구멍의 전체 상기 개스 플로우 전도도는 상기 개스 분배 유닛 상에 적절한 개스압 저하를 가져올 수 있도록 조정된다. 이 개스압 저하는 진공 기술 분야에 공지된 개스 차단 효과각 각 구멍에 달성되도록 조정되어야 한다.
상기 개스 차단 효과는 차단된 (blocked) 플로우로도 알려져있는데, 이것은 진공 박스의 공기 환기 (ventilation) 중에 관찰될 수 있다. 환기구 밸브를 개방한 동안에, 주변으로부터의 공기 플로우가 일정한 압력 및 높은 속도로 박스 안으로 들어온다. 이 속도가 최대 음속에 도달할 수 있으며 이를 통해 흐르는 공기 양은 박스의 내부 압력과 무관하다. 본 발명에서는 이와 같은 효과를 달성하기 위해, 상기 제 1 개스 분배 플레이트 구멍이 반응기 동작 중에 이 구멍들을 통과하여 흐르는 개스가 음속에 도달할 정도의 단면을 갖도록 구성되는 것이 추천할만하다. 바람직하게, 개스 구멍의 크기는 개스 차단 효과가 전체 개스 플로우의 면적의 변화 및 모든 가능한 공정에서의 공정 압력에 걸쳐 유지되도록 만들어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 차단 효과의 획득을 위해, 상기 제 1 개스 분배 플레이트는 정의된 구멍 배열을 갖는 구멍이 뚫린 포일을 포함한다.
구멍이 뚫린 포일의 적절한 고정을 위해, 상기 실시예의 보다 발전된 형태에서 추가의 구멍이 뚫린 플레이트가 사용될 수 있다. 이 추가의 구멍이 뚫린 플레이트는 구멍이 뚫린 포일이 포일에서의 선택된 구멍의 개스 분배 및 필수적 (integral) 개스 전도도의 독립적인 조정을 달성하기 위한 마스크로 사용될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 개스 분배 플레이트는 다른 판 위에 놓인 2 이상의 단일 플레이트들에 의해 형성되어 개스 분배구 뿐만 아니라 상기 구멍들 사이의 개스 버퍼 볼륨이 상기 제 1 및/또는 제 2 개스 분배 플레이트의 특정 구조에 의해 형성될 수 있다.
나아가, 상기 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍에는 개스 배출 측 및/또는 개스 인렛 측에 원통형 구멍이 제공된다. 이와 같은 원통형 구멍은 개스 분배 유닛의 개스 배출 프로필의 적절한 조정을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 제 2 개스 분배 플레이트의 구멍 밀도가 그것의 에지, RF 측면에 제공되는 펌핑 그리드 인접 영역에서 상기 제 2 개스 분배 플레이트 의 중앙에서보다 더 높다. 이렇게 함으로써 개스 플로우가 플레이트의 에지에서 더 직접적이며 강하다. 에지에서 플로우를 증가시키는 것은 에지와 개스의 마찰로 인해 손실된 에너지를 대체하는 데 도움이 되며, 이것은 플로우의 하모닉 모션 (harmonic motion)을 유지하게 한다.
나아가, 상기 개스 분배 플레이트들의 구멍의 추가 열들이 상기 반응기의 개스 아울렛 방향에서 개스 분배 유닛의 외곽 에지 (outer edge)에 제공되는 것이 유용할 수 있다.
개별 개스 구멍의 최적화된 크기 및 배열에 의해, 각 개스 구멍에서의 개스 플로우 속도가 전체 개스 플로우에 의존하여 변한다. 이 효과는 개스 구멍의 개스 아울렛 프로필에 동시에 발생하는 (concurrent) 영향을 갖는다. 개스 입자들의 플로우 속도 및 전자들 상호 간의 거리에 의존하여, 기판 상에서의 국지적 층 두께 변화가 개스 구멍 영역에서 발생될 수 있다. 이 경우에, 다른 공정 변수를 제어하는 것이 필요할 수 있다.
사용된 가스를 증착 영역으로부터 균일하게 제공하기 위해, 반응기의 개스 아울렛 방향에서 반응기 RF 전극 측면에 제공되는 펌핑 그리드를 통한 개스의 균일한 배출이 필요하다. 보통, 이것은 펌핑 그리드 후에 반응기를 통과하는 개스 플로우 방향에 배치된 다수의 개스 배출 또는 플로우 교정 (correction)을 가능하게 하는 대규모 (extensive) 장치들에 의해 달성될 것이다. 많은 개스 플로우 양 및 전극들의 짧은 거리에서, 각 처리압에 의존하여 펌핑 그리드 방향에서 현저한 압력 저하가 발생할 수 있다. 큰 전극 크기 및, 이에 의한 전극 에지 및 개스 아울렛 까지의 개스 입자의 긴 길 (way)에서, 도달가능한 층 두께의 균일성이 감소할 수 있다. 이와 같은 문제를 줄이기 위해, 평행판 배열의 배출 갭에서 더블 사이드의 (double-sided) 개스 배출이 사용될 수 있으며, 전극들간의 갭이 각 기술적 요구 조건에 적응될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 반응기를 통과하는 개스 플로우 방향으로 연장되는 개스 펌프 다운 채널이 상기 RF 전극 측면에 제공되는 펌핑 그리드들 각각 및 반응기의 개스 아울렛 사이에 제공된다. 상기 개스 펌프 다운 채널은 상기 펌핑 그리드 뒤에 개스 작용 (forcing) 유닛을 제공하는데, 이 유닛에 의해 상기 반응기의 개스 아울렛 오리피스(들)을 향한 직접적인 개스 플로우가 방지될 수 있다. 이 방식으로, 펌핑 그리드 후방에서의 새로운 개스 플로우 관리가 제공되어, 평행판 반응기의 전체 증착 영역 상에서 거의 완전한 증착 균일성을 달성할 수 있는 가능성을 제공한다.
상기 실시예의 한 변형례에서, 상기 펌프 다운 채널은 상기 펌핑 그리드 (3뒤의 상기 반응기를 통과하는 개스 플로우 방향에 제공되는 수개의 평행 개스 변류기 (deflector)에 의해 형성된다. 상기 개스 변류기들은 길게 연장되고 (elongated) 똑바르게 된 (straightened) 개스 플로우가 개스 아울렛을 향해 나가도록 한다. 개스 변류기 사용은 플라즈마 내부에서의 개스 플로우 요동 (perturbation)을 현저하게 줄이는 방법이다.
나아가, 플라즈마 균일성에 개스 플로우 선들이 수렴되는 효과를 감소하기 위해 펌핑 영역은 일정 길이를 가져야 한다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에서는 이 길이가 원하는 방향으로 직선 플로우를 얻도록 개스 플로우 상에 힘을 인가함으로써 감소될 것이다. 본 발명의 이 예에서 이 힘이 반응기 외부로 개스를 내보내는 방식으로 개스 변류기를 사용함으로써 인가된다. 즉, 이 개스 변류기들은 반응기 처리실에서의 반응 및 층 형성을 교란하지 않는다. 펌핑 영역의 감소는 주어진 전극 면적에서의 반응기 풋 프린트의 감소를 가져온다.
본 발명의 대안 실시예에서, 상기 펌프 다운 채널은 상기 반응기의 적어도 하나의 벽에 통합되어 비교적 긴 펌핑 영역을 제공할 수 있다. 이 경우에, 반응기 상부로부터 펌핑을 제공하는 것이 특히 권유할만하다. 이와 같은 디자인으로, 펌핑 그리드와 펌핑 오리피스 간의 개스 경로 길이가 연장되는 반면, 이 추가 개스 경로를 위한 증착면에서의 추가 크기 (extra-dimension)는 최소화될 수 있다. 따라서, 제안된 새로운 개스 배출 디자인은 상기 펌핑 그리드와 상기 개스 아울렛 간의 긴 경로에 의해 달성되는 우수한 증착 균일성을 감소하지 않으면서 주어진 증착 영역을 위한 반응기 풋 프린트를 현저하게 개선하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 이 실시예의 바람직한 버젼에서, 상기 개스 변류기들은 상기 펌핑 그리드 뒤의 상기 반응기를 통과하는 개스 플로우 방향에 제공되는 수개의 평행 패널을 포함한다. 상기 패널들은 개스 플로우를 원하는 플로우 방향으로 향하게 하도록 하기 위해 장착된 장방형 패널들일 수 있다. 패널 모양의 변류기 사용은 긴 거리에 걸쳐 개스 플로우의 확실하고 쉬운 방향 설정을 가능하게 한다. 따라서, 변류기의 사용은 펌핑 오리피스를 향한 개스 플로우 라인으로의 수렴에 의한 플라즈마 내의 어떤 개스 플로우 동요 (perturbation)의 방지도 가능하게 한다. 변류기를 사용하지 않으면, 펌핑 오리피스를 향한 개스 플로우 라인으로의 수렴이 플라즈마 균일성에 미치는 영향을 감소할 수 있을 정도로 펌핑 영역이 길어야만 한다. 따라서, 변류기 사용은 큰 펌핑 영역을 피함으로써 주어진 전극 면적 (area)에서 변류기의 사용은 반응기 풋 프린트의 감소를 가능하게 한다. 유도된 개스 플로우의 달성은 패널의 길이에 의존한다. 패널 길이를 연장함으로써 개스 플로우의 더 나은 유도가 성취될 수 있다.
본 발명의 다른 옵션에서, 적어도 하나의 추가 그리드가 펌핑 그리드와 반응기의 개스 아울렛 사이에 제공된다. 이와 같은 추가 그리드는 펌핑 그리드에 비하여 감소된 개스 플로우를 갖는다. 보다 작은 개스 플로우 전도도를 갖는 상기 추가 그리드는 상기 펌핑 그리드에 의해 생산되는 개스 플로우의 방향 유지를 가능하게 하며 개스 플로우의 정확성을 고취한다.
바람직하게, 상기 추가 그리드는 상기 그리드가 미리 설정된 개스 플로우에서 전술한 바와 같은 개스 차단 효과를 얻는데 필요한 개스압 감소를 생성할 수 있는 개스 플로우 전도도를 갖는다. 나아가, 상기 반응기의 펌핑 그리드의 크기가 미리 설정된 개스 플로우에서 펌핑 그리드에 의해 개스 차단 효과가 제공될 정도인 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 버전에서 상기 반응기의 개스 아울렛 오리피스는 증착면 또는 반응기 상부에 제공된다. 아울렛 오리피스를 증착면에 제공하는 것이 변류기와 아울렛 오리피스 사이의 매우 짧은 거리로 인해 유도된 (directed) 플로우를 얻기 위한 최적의 방법이다. 아울렛 오리피스를 상부에 장착하는 것은 아울렛 오리피스와 인렛 오리피스 사이에 매우 긴 거리를 제공하며, 이것이 이 거리에 걸쳐 플로우를 재유도 (redirecting) 하는 역할을 한다.
평행판 반응기로 얇은 층에 큰 스케일의 증착을 하는 경우, 도달가능한 증착의 균일성은 주로 평행 전극 배열 사이의 증착 영역에서 플라즈마 및 개스 분배에 의해 영향을 받는다. 플라즈마 분배는 전극에서의 균일한 전압 및 전류 분포에 강하게 의존한다. 전극의 크기 및 사용된 플라즈마 여기 주파수에 의존하여, 플라즈마 형성의 균일성은 주로 RF 전력 공급 위치의 능숙한 선택 또는RF 공급이 하나 이상의 위치인 경우에는, 상기 RF 전력 공급 장치의 위치의 능숙한 선택에 의한 각 요구조건에 적응될 수 있다. 전극 배열의 에지 영역의 RF 전극 상의 접지된 측벽의 증가하는 전기적 영향에 의해, RF 전극 및 접지 전극 사이에 균일한 전기장이 형성될 수 있으며 이것이 기판의 불균일한 처리 표면을 가져온다. 이 효과는 상기 RF 전극 에지의 기하학적 구조 (geometry)을 변경함으로써 감소될 수 있다.
이 목적을 위해, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 샤워 꼭지는 RF 전극의 수직의 주변 벽 (surrounding wall)을 형성하는 길게 연장된 수직 측벽을 포함한다. 샤워 꼭지의 길게 연장된 수직 또는 웨지 형태의 측벽에 의해 형성된 이 유사 솟아오른 국지적 에지 (quasi-local edge rising)가 평행판 배열의 에지 영역의 RF 전극면 및 접지 전극면 간의 비율을 보다 대칭으로 만든다.
상기 솟아오른 (rising) 수직 에지 외에, 본 발명의 비교적 유사한 변형례에서 상기 샤워 꼭지는 길게 연장된 (elongated) 쐐기형 (wedged) 측벽을 포함할 수 있다. 이렇게 함으로써, 상기 RF 전극의 내부면으로부터 솟아오른 에지 방향으로 경사진 전환 (chagne-over)가 형성될 수 있다. 따라서, 특히 개스 전달 방향에서 개스 교란 형성의 위험이 감소될 수 있다.
하기에, 본 발명의 바람직한 예들이 보다 자세히 설명되는데, 여기서
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 단 측면도 (cut side view)를 간략 도시하고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 개스 분배 유닛의 컷아웃 (cut-out)을 간략 도시하며;
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 개스 분배 유닛의 다른 컷아웃 (cut-out)을 간략 도시하고;
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 개스 분배 유닛의 또 다른 컷아웃 (cut-out)을 간략 도시하며;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 개스 분배 플레이트의 구멍 분포의 평면도를 간략 도시하고;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 펌핑 그리드 (pumping grid) 영역의 평면도를 간략 도시하며;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 단 측면도를 간략 도시하고;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 펌핑 그리드 (pumping grid) 영역의 평면도를 간략 도시하고;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 다른 펌핑 그리드의 단 측면도를 간략 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 결합된 평행판 반응기의 단 측면도 (cut side view)를 간략 도시한다. 도시된 예에서 상기 평행판 반응기 (1)은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD)을 위한 큰 면적의 평행판 반응기를 갖는다. 상기 반응기 (1)는 진공 챔버 (6)에 위치한다.
상기 반응기 (1)는 개스 분배 유닛 (10)을 포함하는 RF 전극 (2)을 포함한다. 상기 개스 분배 유닛 (10)은 소위 샤워 꼭지로 형성되며 단일 또는 다수의 개스 연결 (connection)과 연결된다. 본 발명에 따른 상기 개스 분배 유닛 (10)은 특별히 중요하다. 이것은 반응기 (1)에서의 플라즈마 처리의 균일성 (homogeneity)에 현저한 영향을 끼친다. 상기 개스 분배 유닛 (10)은 예에 도시된 바와 같이 상호 작은 거리를 두고 평행하게 배열된 제 1 및 제 2 개스 분배 플레이트 (12,13)로 구성되며, 도 2 내지 4를 참조하여 보다 자세히 설명될 것이다.
상기 RF 전극 (2)은 대칭 구조를 가지며 단일 또는 복수의 전기 급전들에 결합될 수 있다. 상기 단일 또는 복수의 전기 급전들은 개스 인렛, 전극의 냉각 또는 가열 접속 및/또는 RF 전극 (2)의 기계적 지지대로서 유연하게 사용될 수 있다. 상기 RF 전극 (2)은 도시된 측면도에서 쐐기 모양의 에지 (52)를 포함한다. 반응기의 도시되지 않은 측면에서는 상기 RF 전극 (2)에 수직 연장된 에지가 형성되어 있다. 상기 RF 전극 (2)의 대칭은 소위 텔리그래프 (Telegraph) 비균일성을 감소 또는 제거함으로써 반응기 측벽까지 균일한 증착을 보장하는데 사용된다. 상기 RF 전극 (2)의 쐐기 모양의 에지들은 반응기를 통과하여 개스의 펌핑 방향에서 반응기 (1)의 플라즈마 내의 요동치지 않은 개스 플로우를 달성하기 위해 사용되며, 여기서 RF 전극 (2)의 벽을 위한 수직 연장된 에지들은 바람직하게는 반응기의 측벽까지 플라즈마 변화를 방지하기 위해 측면에, 즉, 펌핑 방향이 아닌 곳에 존재한다.
반응기 (1)의 바닥 (bottom: 51)에서, 상기 기판 (5)은 그 위에 적어도 하나의 층을 증착하도록 놓일 것이다. 상기 바닥 (51) 및 전극 (2)은 공간 (S)에 의해 상호 이격되며, 상기 전극 (2) 측면 상에 제공되는 펌핑 그리드 (4a, 4b)와 함께, 플라즈마 실 (plasma room: 9)를 종결한다 (terminate). 전극 공급 (3)은 동시에 RF 공급 및 개스 공급으로 사용된다. 상기 전극 공급 (3)은 전기적으로 절연되며 진공 밀착 (vacuum-tight) 방식으로 반응기 (1) 및 진공 챔버 (6) 안에 통합된다.
개스 버퍼 (7)는 개스 버퍼 (7)에서의 현저한 압력차 없이 개스 분배 유닛 (10)의 개별 개스 구멍으로의 계속적인 개스 공급을 보장한다. 상기 진공 챔버 (6) 는 진공 펌핑 시스템과의 연결을 위한 펌핑 오리피스 (11)를 포함한다. 나아가, 도시된 펌핑 오리피스들 (8a, 8b)은 사용된 처리 개스들을 플라즈마 실 (9) 외부로 배출시키는 개스 배출구로 기능한다. 상기 펌핑 오리피스들 (8a, 8b)들은 개별 진공 펌핑 시스템과 연결되며 본 발명에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 증착면이나 도 7에 도시된 바와 같이 반응기 상면 (top)에 제공될 것이다. 진공 챔버 (6)의 개스압은 보통 약 10-1 Pa과 10-4 Pa 사이의 영역에 존재한다. 평행판 반응기 (1)의 처리압은 약 1 Pa에서 수 100 Pa의 영역에 존재한다.
전술한 것처럼, 도 1의 반응기 (1)와 같은 평행판 반응기에서의 PECVD 공정에서 신선한 개스 및 상기 개스의 정의된 (defined) 분배는 매우 중요하다. 요구되는 신선한 개스의 분배는 다른 한편 기술적 요구 및 플라즈마 실 (9)의 구체적 크기에 의해 결정된다. 기술적 요구는 처리된 기판이 특정 질에 도달하기 위해 필요한 처리 조건들, 처리의 균일성 및 처리 속도에 대한 요구를 포함한다. 처리 조건들은 처리 변수의 선택에 의해 정의된다. 중요한 처리 변수는 사용된 개스의 수 및 유형, 개별 개스들의 플로우들, 이 개별 개스들로 조정된 전체 개스 플로우, 처리압 및 전기 처리 변수이다. 전기적 처리 변수들은 플라즈마 여기 주파수, 상기 플라즈마에 의해 사용되는 유효 전력 및 특별한 전기적 처리 조건들, 예컨대, 플라즈마 형성을 위해 연속적 전력이 사용될 것인가 아니면 펄스 (pulsed) 전력이 사용될 것인가 하는 것이다.
기술적 요구에 따른 필요한 개스 분배의 적응은 본 발명에서 사용된 개스 분배 유닛 (10)에 의해 유리하게 달성될 수 있다. 도 2 내지 4는 도 1에 마킹된 영역 (100)의 구현의 다양한 옵션들의 개략적으로 도시된 컷 아웃들을 도시한다.
도 2는 각각의 상부면 상에 놓인 2개의 개스 분배 플레이트 (12, 13)를 갖는 변형예를 도시한다. 상기 제 1 개스 분배 플레이트 (12)는 개별 구멍 (14)들 및 정의된 개스 전도값을 갖는 정의된 구멍 배열을 갖는다. 상기 제 1 개스 분배 플레이트 (12)는 이 제 1 개스 분배 플레이트 (12)에 걸쳐 정의된 압력 하강의 동시 조정을 갖는 개스 분배로서 동작한다. 이에 의해, 플라즈마 실 (9)에서의 처리 압력과 비교하여 상기 개스 버퍼 (7)에서 과압력 (overpressure)이 생성된다. 이 과압력은 상기 제 1 개스 분배 플레이트 (12)를 통과하는 전체 개스 플로우에 의존한다.
압력 강하가 충분히 크면, 소위 개스 차단 효과가 일어난다. 이 경우, 상기 제 1 개스 분배 플레이트 (12)의 각 구멍 (14)을 통과하여 흐르는 개스량은 오직 주 압력 (primary pressure)에 의해서만 결정된다.
각 구멍 (14)에서의 개스 플로우의 속도는 각 구멍 (14)을 통과하는 개스 플로우에 따라 변하며, 이에 의해 개스 방출 프로필도 변한다.
이 문제는 제 2 개스 분배 플레이트 (13)에 의해 해결된다. 상기 제 2 개스 분배 플레이트 (13) 내부에, 개스 버퍼 볼륨 (15)들이 형성된다. 개스 버퍼 볼륨 (gas buffer volum: 15)의 크기는 개스 버퍼 볼륨 (15)의 구멍 (cavity)들이 현저한 역 압력 (back pressure)의 형성 없이 상기 구멍 (14)으로부터 이곳으로 흐르는 개스를 유지할 수 있는 방식으로 조정된다. 상기 개스 버퍼 볼륨 (15)은 상호에 대해 밀봉되어, 개스 버퍼 볼륨 (15)들 간의 예상가능한 (estimable) 개스 교환이 없다. 개스 버퍼 볼륨 (15)의 단면의 확장으로 인해, 구멍 (14)들과 비교하여, 개스 입자들의 속도가 개스 버퍼 볼륨 (15)에서 강하게 감소한다.
상기 기판 (5)에 대향하는 상기 제 2 개스 분배 플레이트 (13)는 상기 개스 버퍼 볼륨 (15)에 연결된 구멍들 (16)을 포함한다. 상기 구멍들 (16)은 개스 배출 프로필의 용이한 적응을 제공한다. 상기 각 구멍들 (16)의 개스 배출 프로필은 상기 구멍들 (16)의 길이 및 단면을 정의함으로써 그리고 추가로 개스 출구 측 및/또는 개스 인렛 측의 상기 구멍들 (16)의 원뿔형 구멍들 (countersinks) 또는 상기 구멍 직경의 지속적 또는 계단식 변화에 의해 구성될 수 있다.
상기 개스 분배 유닛 (10)의 이와 같은 독창적 구성은 개스 분배와 개스 배출 프로필의 독립적인 조정을 가능하게 한다.
상기 제 2 개스 분배 플레이트 (13)는 2개 이상의 개별 구멍이 뚫린 (perforated) 플레이트 또는 포일로 구성된다. 바람직하게는, 상기 각 플레이트 또는 포일은 정의된 직경을 갖는 구멍들의 정의된 배열을 갖는다. 상기 각 플레이트 또는 포일의 두께가 상기 각 구멍의 길이를 결정한다.
도 3은 도 2의 배열의 또 다른 예를 간략 도시한다. 상기 제 1 개스 분배 플레이트 (12) 대신에, 도 3에서는 전술한 바와 같은 개스 차단 효과를 제공하기 위한 개스 압력 하강의 조절을 위해 포일 (18)이 사용된다. 상기 포일 (18)은 구멍이 뚫린 플레이트 (17)에 의해 고정되며, 이것은 포일 (18)의 구멍들 (20)의 정의된 위치 및 밀봉을 제공한다. 나아가, 상기 구멍이 뚫린 플레이트 (17)는 개스의 포일 (18) 통과 방법 또는 포일 (18)의 구멍 (20)들의 수를 미리 정의할 수 있으며, 이것은 포일 (18)의 필수적 (integral) 개스 전도도의 정의에 효과적이다. 이 목적을 위해, 상기 구멍이 뚫린 플레이트 (17)는 포일 (18)의 마스크로 사용될 수 있다. 상기 개스는 구멍이 뚫린 포일 (17)의 구멍들 (19)이 제공되어 있는 포일 (18)의 구멍들 (20)을 통해서만 흐를 수 있다. 이 경우를 위해, 포일 (18)이 동일한 밀도 및 크기의 구멍을 갖는 비교적 단순하며 균일한 구멍 (20) 패턴으로 형성되는 것이 유리하다. 따라서, 상기 개스 분배와 무관하게, 상기 제 1 개스 분배 플레이트 배열의 필수 개스 전도도의 용이한 적응이 가능하다.
상기 제 2 개스 분배 플레이트 (13'), 상기 개스 버퍼 볼륨 (15) 및 상기 구멍들 (16)은 도 2의 상기 제 2 개스 분배 플레이트 (13), 상기 개스 버퍼 볼륨 (15) 및 상기 구멍들 (16)과 동일한 기능을 갖는다.
도 4 는 본 발명의 반응기 (1)에서 사용 가능한 개스 분배 유닛의 다른 변형례를 간략 도시한다. 도 3에 도시된 것처럼, 포일 (22)은 여기에서 개스 차단 효과 조절을 위해 구멍이 뚫린 플레이트 (21)와 사용될 수 있다. 도 3과 비교했을 때, 도 4에서는 포일 (22)의 각각의 구멍 (26)이 상응하는 개스 버퍼 볼륨을 갖지 않는다. 그 대신에, 포일 (22)의 다수의 구멍들 (26)이 개스 버퍼 볼륨 (25) 내부로 개방되어 있다. 상기 개스 버퍼 볼륨 (25)은 큰 구멍이거나 특정한 기하학적 노치 (notch)일 수 있다. 예시적으로, 도 4는 공통 개스 버퍼 볼륨 (25)에서 방출되는 상기 포일 (22)의 2개의 구멍들 (26)의 결합을 도시한다.
도시된 예에서는 기판 (5) 측에서, 상기 개스 버퍼 볼륨 (25)이 상기 제 2 개스 분배 플레이트 (23)의 3개의 구멍들 (27)과 연결된다. 개스 분배 유닛의 이 변형례는 본 발명에서는 인렛 측의 제 1 개스 분배 플레이트의 구멍 배열을 기판 측의 제 2 개스 분배 플레이트에 복사하는 것이 절대적으로 필요하지 않다는 가능성을 보여준다. 따라서, 개스 차단 효과와 무관하게 구멍 밀도를 변경할 수 있는 가능성이 있다. 기판 (5) 측의 결합될 구멍들의 수 및 특정 구멍 배열은 각 기술적 요구에 의해 결정된다.
도 5는 도 1에 도시된 RF 전극 (2) 또는 개스 분배 유닛 (10) 각각의 제 2 개스 분배 플레이트 (13)의 평면도를 기판 (5) 측에서 간략 도시한다. 상기 제 2 개스 분배 플레이트 (13)는 비교적 낮은 구멍 밀도로 배열된 구멍들 (16)을 갖는 중앙 영역 (28) 및 보다 높은 구멍 밀도를 갖는 주변 영역 (29)을 포함한다. 개스가 펌핑 다운 (pumping down)되는 방향에는 추가적인 구멍 (16) 열들 (30a, 30b)이 제공된다. 상기 RF 전극 (2)의 선택된 영역들과 관련하여 구멍 밀도를 변경함으로써, 신선한 개스의 필요한 공급이 플라즈마 공정에서 국지적 개스 소비에 적응될 수 있다. 예컨대, 이것은 기판 전극의 에지 영역에서의 층 특성의 교정 또는 에지 영역에서의 증착 균일성 강화를 허용한다.
신선한 개스의 정의된 공급 외에, 사용된 개스의 정의된 배출이 플라즈마 처리의 질 및 균일성을 위해 매우 중요하다.
도 6은 도 1 또는 7의 반응기와 같이 평행판 반응기를 통과하는 절단부 (cut)의 반을 간략 도시하는데, 여기서 상기 절단은 플라즈마 실과 펌핑 그리드들의 일부를 통과하여 RF 전극 (2)과 평행하게 이루어진다. 도 6은 펌핑 그리드 (31), 펌핑 오리피스 (34) 및 벽 (33)에 의해 이격된 다수의 펌핑 채널 (32)을 도시한다. 배기 개스의 수개의 펌핑 채널 (32) 상의 분배는 개스의 플라즈마 실 외부로의 배출의 균일성을 현저하게 강화하는데, 왜냐하면 상기 펌핑 채널 (32)이 플라즈마 내부 개스 플로우의 교란 (disturbance)을 방지하기 때문이다. 펌핑 그리드 (31) 영역의 균일한 펌핑을 얻기 위해서는 펌핑 오리피스 (34)까지 펌핑 채널 (32)들에 동일한 개스 전도도가 제공되는 것이 결정적이다. 개스 전도도는 펌핑 채널 (32)들의 단면 및 길이에 의해 정의된다. 펌핑 채널 (32)의 수가 많으면 펌핑 오리피스 (34) 외부로의 개스 배출의 균일성이 촉진된다.
도 7은 본 발명에 따른 평행판 반응기 (1)의 펌핑 채널들 (42a, 42b)의 벽 (35, 35')에의 콤팩트한 통합을 위한 다른 변형예를 간략 도시한다. 이 변형예에서는 처리 개스들이 전극 공급 (37)에 의해 RF 전극 (36)의 개스 버퍼 (38)로 공급된다. 개스들이 RF 전극 (36)의 통합된 개스 분배 유닛 (39)을 통과해서 처리실 (40)로 흘러간다. 그 후, 개스들이 상기 RF 전극 (36)의 측면에 각각 제공된 펌핑 그리드들 (41a, 41b)을 통해 처리실 (40) 밖으로 펌핑된다. 이 목적을 위해, 예에 도시된 바 반응기 (1')의 상부에 마련된 도시된 펌핑 오리피스들이 적절한 펌핑 시스템과 연결된다.
상기 펌핑 시스템의 진공 펌프의 처리량 (throughput) 펌핑 채널들 (42a, 42b)을 통해 펌핑 그리드 (41a, 41b)로 이어진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 펌핑 채널들 (42a, 42b)은 다수의 개별 채널들로 형성된다. 평행판 반응기 (1')의 벽들 (35, 35')을 통한 개스 배출에 의해, 상기 펌핑 채널들 (42a, 42b)은 공간 절약형으로 매우 작게 형성될 수 있다. 개스 배출 방향은 반응기 (1') 공간적 디자인 상에 적응될 수 있다.
도 7의 예에서, 상기 개스 배출은 RF 전극 (36) 중심 근처의 반응기 (1') 상부를 향한다. 본 발명의 도시되지 않은 다른 실시예에서, 개스를 평행판 반응기의 측벽 또는 바닥 영역으로 인도하는 것도 가능하다. 하지만 후자의 대안은 펌핑 채널들의 힘든 (laborious) 처리를 요하며 상기 펌핑 채널들이 특정한 최소 길이로 만들어져야 한다는 단점이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 평행판 반응기의 2개의 컷 아웃을 개략적으로 도시한다. 상부 도면은 수직 절단부의 반을 도시하며, 하부 도면은 반응기 플라즈마 실 (48)을 통한 절단의 평면도이다. RF 전극 (50), 펌핑 그리드 (44) 및 추가 그리드 (45)는 반응기의 바닥 (49)과 상부벽 (47) 사이에 제공된다. 상기 RF 전극 (50) 및 상기 바닥 (49)이 플라즈마 실 (48)을 형성한다. 상기 플라즈마 실 (48)은 펌핑 그리드 (44)에 의해 개스의 펌핑 다운 방향에서 한정된다. 추가 그리드 (45)는 개스의 펌핑 다운 방향에 배치되는데, 이것은 도 8의 화살표에 의해 펌핑 그리드 (44) 바로 뒤에 도시된다.
추가 그리드 (45)의 정의된 개스 전도도를 가능하게 하는 정의된 추가 그리드 (45) 구성에 의해 그리고 전체 개스 플로우에 따라, 정의된 압력 강하가 추가 그리드 (45) 상에서 달성될 수 있다. 예컨대, 상기 추가 그리드 (45)는 정의된 수의 적절한 구멍 또는 정의된 개스 전도도 값을 갖는 슬릿에 의해 형성될 수 있다. 개스 차단 효과가 발생되는 추가 그리드 (45) 상의 압력 저하가 있는 경우에, 상기 펌핑 그리드 (44)는 동시에 균일화된 개스 배출을 야기한다. 추가 그리드 (45)의 재료는 각 기계적 및/ 또는 화학적 요구에 적응될 수 있는데, 왜냐하면 추가 그리드 (45)의 전기 전도도에 대해서는 요구 사항이 없기 때문이다.
원칙적으로, 상기 펌핑 그리드 (44)는 개스 차단 효과를 얻는 기능도 인계받을 수 있다. 하지만, 이것은 플라즈마 증착 공정에서 불리한데, 왜냐하면 이 경우 펌핑 그리드 (45)들도 증착될 것이기 때문이다. 따라서, 펌핑 그리드 (45)의 개스 전도도의 변경은 처리 변수의 정의되지 않은 변경을 가져온다. 도 9에 간략 도시된 배열을 보면, 도9의 상세한 구조가 도 8에 도시된 것과 유사한 구조인 것을 알 수 있다. 도9의 펌핑 그리드 (46)가 전기 전도 물질로 구성된다면, 이 구조에서 펌핑 그리드 (46)는 도 8의 추가 그리드 (45)와 같이 개스 차단 효과를 제공하는 개스 전도 플레이트로 사용된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 개스 차단 효과가 신선한 공기의 공급 및 사용된 개스를 처리실 외부로 배출하는데에 최대로 유리하게 사용된다.
본 발명은 높은 두께 균일성으로 기판 상에 층을 증착하는 것을 가능하게 하며, 개스 인렉 및/또는 개스 아울렛에서의 개스 플로우가 특히 개스 차단 효과에 의해 잘 조절될 수 있다. 본 발명은 넓은 영역 증착에서 사용가능한 영역을 증가시키며 주어진 처리량을 위한 개스 전구체를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 소스 개스 소비 및 증착 도구의 풋 프린트 (foot-print)가 감소될 수 있으며, 이것이 비용 감소를 가져온다.

Claims (12)

  1. 용량 결합된 평행판 플라즈마 강화 화학 기상 증착 반응기 (1, 1')으로서, RF 전극 (2, 36, 50, 50')에 통합되며 적어도 하나의 개스 아울렛 (8a, 8b; 34; 43a, 43b)을 포함하는 개스 분배 유닛(10)을 포함하며,
    상기 개스 분배 유닛(10)은 상기 개스 분배 유닛 (10)의 독립적인 개스 분배 조정 및 개스 배출 프로파일을 제공하는 방식으로 구성된 다단 (multiple-stage) 샤워 꼭지 (showerhead)를 포함하며,
    상기 개스 분배 유닛(10)은 반응기(1,1')를 통과하는 개스 플로우 (gas flow)의 방향에서, 구멍이 뚫린 플레이트(17,21)에 의해 고정된 구멍이 뚫린 포일(18,22) 및, 상기 구멍이 뚫힌 플레이트(17,21)로부터 이격된 적어도 하나의 구멍이 뚫린 개스 분배 플레이트(13' 23)를 포함하고, 상기 개스 분배 플레이트 (13', 23)의 구멍(16',27)은 구멍이 뚫린 포일(18,22)의 구멍(20,26)들보다 큰 단면으로 구성되고,
    구멍이 뚫린 포일(18,22)의 개별 구멍 (20, 26) 또는 구멍(20, 26) 집단들과 개스 분배 플레이트(13',23) 사이에는 이격된 개스 버퍼 볼륨(gas buffer volume: 15', 25)이 제공되는데, 상기 개스 버퍼 볼륨(15', 25)은 구멍이 뚫린 포일(18,22)의 구멍(20,26)들과 개스 분배 플레이트(13',23)의 구멍(16',27)들을 각각 연결하며,
    상기 개스 버퍼 볼륨(15' 25)들은 개스 분배 플레이트(13', 23)의 구멍 (16',27)보다 큰 단면을 갖도록 구성되고,
    상기 구멍이 뚫린 플레이트(17,21)는 상기 구멍이 뚫린 포일(18,22)을 위한 마스크(mask)로서 사용됨으로써, 구멍이 뚫린 플레이트(17,21)의 구멍(19,24)들이 위에 제공되어 있는, 구멍이 뚫린 포일(18,22)의 구멍(20,26)들을 통해서만 개스가 유동할 수 있는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  2. 제 1항에 있어서, 구멍이 뚫린 포일(18,22)은 상기 구멍이 뚫린 포일(18,22)에 의해 개스 차단 효과 (gas blocking effect)를 얻는 데 필요한 개스압 저하를 생성할 수 있는 개스 플로우 전도도 (gas flow conductance)를 갖는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 개스 분배 플레이트(13', 23)의 상기 구멍(16',27)은 개스 배출구 (escape) 측 및/또는 개스 인렛 (inlet) 측에 원뿔형 구멍 (countersink)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 개스 분배 플레이트(13', 23)의 구멍 밀도는, 상기 개스 분배 플레이트(13', 23)의 중앙에서보다, 상기 RF 전극(2, 36, 50, 50')의 측면에 제공된 펌핑 그리드(4a, 4b)의 인접 영역의 에지 (edge:29)에서 더 높은 것을 특징으로 하는, 반응기.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 개스 분배 플레이트(13',23)의 구멍(16',27) 및 구멍이 뚫린 포일(18,22)의 구멍(20,26)들의 추가 열들 (rows: 30a, 30b)이 상기 반응기 (1,1')의 개스 아울렛 (8a, 8b; 34; 43a, 43b) 방향에 개스 분배 유닛 (10)의 외곽 에지 (outer edge)에 제공되는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 반응기 (1,1')를 통과하는 개스 플로우 방향으로 연장되는 개스 펌프 다운 채널 (gas pump down channel: 32; 42a, 42b)이 상기 RF 전극 (2, 36) 측면에 제공되는 펌핑 그리드 (31; 41a, 41b)들 각각 및 반응기 (1)의 개스 아울렛 (34; 43a, 43b) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  9. 제 8항에 있어서, 개스 펌프 다운 채널 (32)들은 상기 펌핑 그리드 (31) 뒤의 상기 반응기 (1,1')를 통과하는 개스 플로우 방향에 제공되는 수개의 평행 개스 변류기 (deflector: 33)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 개스 펌프 다운 채널 (42a, 42b)들은 상기 반응기 (1,1')의 적어도 하나의 벽 (35, 35')에 통합되는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 추가 그리드 (45)가 상기 RF 전극 (2, 36, 50, 50')의 측면에 제공되는 펌핑 그리드 (44) 각각 및 상기 반응기 (1,1')의 개스 아울렛 사이에 제공되며, 상기 추가 그리드 (45)는 상기 펌핑 그리드 (44)와 비교하여 감소된 개스 플로우 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는, 반응기.
  12. 제 11항에 있어서, 펌핑 그리드 (들) (46) 및/또는 상기 추가 그리드 (45)는 각 그리드 (45, 46)가 상기 각 그리드 (45, 46)에 의한 개스 차단 효과를 얻기에 필요한 개스압 저하를 생성할 수 있는 개스 플로우 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는, 반응기.

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