KR101854738B1 - 박막 증착 장치, 플라즈마 발생 장치, 및 박막 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 증착 장치, 플라즈마 발생 장치, 및 박막 증착 방법을 제공한다. 이 박막 증착 장치는 진공 용기를 포함한다. 이 박막 증착 장치는 복수의 접지 전극, 접지 전극 사이에 배치되고 접지 전극에 대향하게 배치된 전원 전극, 제1 가스 공급라인을 통하여 접지 전극과 전원 전극 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 플라즈마 영역, 제2 가스 공급라인을 통하고 접지 전극을 관통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역, 및 반응 영역에 배치된 기판 홀더를 포함하고, 기판 홀더 상에 배치된 기판에 박막이 형성된다.
Description
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 전극을 사용하는 다중 전극 박막 증착 장치에 관한 것이다.
고주파 평판형 축전 결합 플라즈마 장치는 공정 균일성 및 공정 속도에 한계가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 반응성 가스와 증착 소스 가스를 서로 다른 영역에서 분사하여 양질의 박막을 형성하는 박막 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 진공 용기를 포함한다. 이 박막 증착 장치는 복수의 접지 전극; 상기 접지 전극 사이에 배치되고 상기 접지 전극에 대향하게 배치된 전원 전극; 제1 가스 공급라인을 통하여 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 플라즈마 영역; 제2 가스 공급라인을 통하고 상기 접지 전극을 관통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역; 및 상기 반응 영역에 배치된 기판 홀더를 포함하고, 상기 기판 홀더 상에 배치된 기판에 박막이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 가스 공급 라인을 통하여 제공받은 제1 가스를 상기 플라즈마 영역에 분배하는 적어도 하나의 제1 가스 확산 공간; 및상기 제2 가스 공급 라인을 통하여 제공받은 제2 가스를 상기 반응 영역에 분배하는 적어도 하나의 제2 가스 확산 공간을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, RF 전원으로부터 공급된 전력을 상기 전원 전극에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고, 상기 전력 분배부는 상기 진공 용기의 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 가스는 수소(H2) 가스 및 산소(O2) 가스 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 가스는 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 및 TSA(Trisilylamine) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 가스 공급 라인에 연결된 제1 가스 확산 공간 및 상기 제2 가스 공급라인에 연결된 제2 가스 확산 공간을 포함하는 가스 분배판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, RF 전원으로부터 공급된 전력을 상기 전원 전극에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함할 수 있다. 상기 전력 분배부는 상기 제2 가스 확산 공간 상에 배치되고 외부 RF 전원으로부터 전력을 공급받아 분배하는 제1 배선; 상기 제2 가스 확산 공간 하부에 배치되고 상기 제1 배선으로부터 전력을 공급받아 재분배하는 제2 배선; 및 상기 제2 가스 확산 공간을 관통하여 상기 제1 배선과 제2 배선을 전기적으로 연결하는 콘택 플러그들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배선, 상기 제2 배선, 및 상기 콘택 플러그들은 동축 케이블 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극은 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 분배판은 상부 가스 분배판;및 상기 상부 가스 분배판 하부에 배치되는 하부 가스 분배판을 포함하고, 상기 상부 가스 분배판의 하부면 또는 상기 하부 가스 분배판의 상부면에 형성된 함몰부는 상기 제2 가스 확산 공간을 형성하고, 상기 제1 확산 공간은 상기 하부 가스 분배판과 상기 접지 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 확산 공간은 제1 방향으로 연장되는 상기 접지 전극을 가로지르는 제2 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극을 가로지르는 제2 방향으로 연장되고 상기 하부 가스 분배판의 상부면에 형성된 함몰부; 및 상기 함몰부 상에 배치되어 제2 가스 확산 공간을 형성하는 덮개판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극은 상기 가스 분배판의 하부면에서 돌출되도록 형성되거나 상기 가스 분배판의 하부면에서 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극과 상기 가스 분배판 사이에 개재되어 상기 전원 전극과 나란히 연장되는 절연체들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 가스 확산 공간에 연결되어 상기 가스 분배판의 하부로 가스를 분사하는 복수의 제1 노즐들; 및 상기 제2 가스 확산 공간에 연결되어 상기 가스 분배판의 하부로 가스를 분사하는 복수의 제2 노즐들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, RF 전원으로부터 공급된 전력을 상기 전원 전극에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고, 상기 전력 분배부는 상기 진공 용기의 외부에 배치되고, 상기 전력 분배부는 동축 케이블 구조의 동일 거리 분배 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 진공 용기 상판에 나란히 설치된 복수의 접지 전극; 상기 접지 전극 사이에 배치된 전원 전극; 상기 복수의 접지 전극과 상기 전원 전극은 교대로 형성되고, 상기 전원 전극과 상기 접지 전극 사이에 제1 가스를 공급하는 제1 노즐; 및 상기 제1 노즐과 교대로 형성되고, 상기 제1 가스와 다른 제2 가스가 상기 접지 전극을 관통하여 분사하는 제2 노즐을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진공 용기 상판에는 제1 가스 공급 라인에 연결된 제1 가스 확산 공간 및 제2 가스 공급라인에 연결된 제2 가스 확산 공간을 포함하여 상기 제1 가스와 상기 제2 가스를 공급하는 가스 분배판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극에 공급되는 외부 RF 전력에 의하여 플라즈마를 형성하고, 상기 전원 전극에 전력을 공급하는 전력 분배부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 기판이 배치되는 평면을 정의하는 제1 방향과 제2 방향 중에서 기판의 평면과 대응되게 설치된 복수의 접지 전극; 서로 이웃한 접지 전극 사이에 배치되고 상기 접지 전극에 대향하게 배치된 전원 전극; 및 RF 전원으로부터 전력을 제공받아 상기 전원 전극에 전력을 분배하는 전력 분배부를 포함하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 전원 전극을 마주보도록 배치된 상기 기판에서 먼 쪽에 제1 가스를 공급하는 제1 노즐이 배치되고, 상기 기판에서 가까운 쪽에 제2 가스를 공급하는 제2 노즐이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 가스는 상기 전원 전극과 상기 접지 전극 사이에 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마 및 상기 플라즈마에 의하여 형성된 라다칼은 상기 제2 가스와 반응하여 상기 기판에 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 전원 전극에 직접 분사되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 진공 용기의 상판의 하단에 배치된 복수의 전원 전극; 상기 전원 전극의 양 측면에 배치된 접지 전극; 상기 진공 용기의 상판을 기준으로 상기 상판의 하단에 위치하고 제1 가스를 분사하는 제1 노즐; 및 상기 상판의 하단에서 돌출되어 형성된 상기 접지 전극을 관통하여 제2 가스를 분사하는 제2 노즐을 포함하고, 상기 제1 가스의 분사 위치와 상기 제2 가스의 분사 위치는 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 노즐과 상기 기판 사이의 거리는 상기 제2 노즐과 상기 기판 사이의 거리보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 RF 전원으로부터 전력을 제공받아 전력을 분배하여 복수의 전원 전극에 제공하는 단계; 상기 전원 전극의 양 측면에 대향하도록 배치된 접지 전극과 상기 전원 전극 사이에 제1 가스를 제공하는 단계; 제1 가스 공급라인을 통하여 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 단계; 제2 가스 공급라인 및 상기 접지 전극을 통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역에 제2 가스를 공급하는 단계; 및 상기 반응 영역에 배치된 기판에 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 전원 전극에 직접 분사되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착는 선형 다중 전극을 이용하여 플라즈마 영역과 반응 영역을 분리하여 양질의 박막을 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치(100c)를 설명하는 개념도이다.
도 4a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 4b 내지 도 4e는 도 4a의 I-I' 선, II-II' 선, III-III'선, 및 IV-IV'선을 따라 각각 자른 단면도들이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 5b 내지 도 5d는 도 5a의 I-I'선, II-II'선, III-III'선을 따라 각각 자른 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치(100c)를 설명하는 개념도이다.
도 4a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 4b 내지 도 4e는 도 4a의 I-I' 선, II-II' 선, III-III'선, 및 IV-IV'선을 따라 각각 자른 단면도들이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 5b 내지 도 5d는 도 5a의 I-I'선, II-II'선, III-III'선을 따라 각각 자른 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면들이다.
다결정 또는 비정질 실리콘 박막을 증착하기 위하여, 통상적으로 수소(H2) 가스와 실란(SiH4)가스를 사용하여 플라즈마 도움 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ;PECVD)이 사용된다. PECVD에서는 실리콘 함유 기체인 SiH4 가스는 수소(H2) 가스에 수 퍼센트 정도의 농도로 희석하여 사용된다. 또한, 수소의 농도가 증가함에 따라, 실리콘의 결정도는 증가하는 경향이 있다.
평행판형 축전 결합 플라즈마에서, 상부의 활성 전극이 가스 분사 구조체의 역활을 한다. 가스 분사 구조체는 동시에 반응성 가스(H2)와 증착 소스 가스(SiH4)를 공급한다. 반응성 가스를 충분히 해리하기 위하여 플라즈마 밀도를 증가시키는 경우, 증착 소스 가스는 과도하게 해리된다. 따라서, 증착 속도 및 증착 균일도에 한계가 있다.
리모트 플라즈마(remote plasma) CVD 공정은 플라즈마로부터 기인하는 손상을 억제할 수 있어 박막 증착에 사용될 수 있다. 리모트 플라즈마 CVD 공정은 두 종류의 가스가 필요하다. 하나는 반응성 가스로 플라즈마를 생성한다. 반응성 가스는 분해되거나, 이온화되거나, 여기되거나, 또는 활성화된다. 다른 가스는 증착 소스 가스로, 증착 소스 가스는 활성종(radiacls) 또는 여기 종(excited spices)과 반응하여 박막을 형성한다. 예를 들어, 실리콘 증착의 경우, 반응성 가스는 수소(H2) 가스를 주로 사용하고, 증착 소스 가스는 실란(SiH4) 가스가 주로 사용된다. 또한, 실리콘 산화막 증착의 경우, 반응성 가스는 산소이고, 증착 소스 가스는 SiH4일 수 있다. 실리콘 질화막 등도 유사하게 형성될 수 있다.
리모트 플라즈마(remote plasma) 실리콘 CVD 공정을 사용하는 경우, H2 가스를 사용하여 플라즈마를 형성하고, 형성된 플라즈마는 증착막에 필요한 단원자성 라디칼(H*)을 생성한다. 형성된 단원자성 수소 라디칼(H*)은 다운스크림(down stream )영역으로 공급된다. 기판에 가까운 다운스트림 영역에 SiH4 가스가 주입되고, SiH4 가스는 플라즈마에서 공급되는 라디칼(H*)의 도움으로 분해되어 활성화된 물질(SiH3*)이 될 수 있다.
리모트 플라즈마(remote plasma) CVD 공정에서, SiH4 가스가 역흐름(back flow)에 의하여 플라즈마에 과도하게 노출되면, SiH4 가스는 SiH2, SiH, SiH3+, SiH2+, SiH+ 등이 될 수 있다. 역흐름을 억제하기 위하며, 단원자성 수소 라디칼(H*) 등을 포함한 라디칼을 메쉬(mesh) 등을 사용하여 추출하고, 추출된 단원자성 수소 라디칼(H*)과 주입된 SiH4 가스와 상호 작용하면, 에너지 효율이 현저히 저하된다. 또한, 리모트 플라즈마(remote plasma)는 대면적화에 어려움이 있다.
따라서, H2 가스를 이용하여 플라즈마가 형성되는 플라즈마 공간과 SiH4 가스가 주입되어 상기 플라즈마와 반응하는 반응 공간을 적절히 분리하면서 대면적 플라즈마를 형성하는 기술이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착 방법은 반응성 가스(예를 들어, H2)를 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 플라즈마 공간과 형성된 플라즈마와 증착 소스 가스(예를 들어, SiH4)가 상호작용하는 반응 공간을 서로 분리한다. 이에 따라, 공정 자유도 및 공정 마진이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 선형 전극을 이용하여 고밀도 플라즈마를 국부적으로 형성하고, 다운스트림 영역에서 증착 소스 가스(예를 들어 SiH4)를 분사하여 실리콘 박막을 증착할 수 있다. 예를 들어, 전력이 공급되지 않은 돌출된 접지 전극을 통하여 증착 소스 가스를 공급한다. 이에 따라, 증착 소스 가스의 플라즈마 공간으로 역류(back flow)를 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마는 증착 소스 가스를 과분해하지 않는다. 따라서, 양질의 대면적 고속 박막 증착이 가능하다.
폴리 실리콘을 이용하는 태양 전지 공정에서, 상기 폴리 실리콘의 높은 성장 속도 및 낮은 격자 흠결 밀도(defects density)가 요구된다. 따라서, 작은 격자 흠결 밀도, 높은 성장 속도, 및 공정 균일성을 가진 폴리실리콘 플라즈마 증착 장치는 박막형 태양전지의 가장 중요한 해결 과제이다.
축전 결합 플라즈마의 구동 주파수의 증가는 이온 충격 에너지(ion bombardment energy)를 감소시키고, 전자밀도를 증가시키고, 전자온도를 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 구동 주파수의 증가에 따라, 상기 정상파 효과가 증가하여 플라즈마 균일도는 감소할 수 있다. 따라서, 13. 56 Mhz 이상의 구동 주파수에서 고밀도의 균일한 플라즈마를 얻은 방법이 요구된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 박막 증착 장치(100a)는 진공 용기를 포함한다.
상기 박막 증착 장치(100a)는 복수의 접지 전극(120), 상기 접지 전극(120) 사이에 배치되고 상기 접지 전극(110)에 대향하게 배치된 전원 전극(110), 제1 가스 공급라인(163)을 통하여 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 플라즈마 영역(107), 제2 가스 공급라인(164)을 통하고 상기 접지 전극(120)을 관통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역(109), 및 상기 반응 영역(109)에 배치된 기판 홀더(106)를 포함한다. 상기 기판 홀더(106) 상에 배치된 기판(108)에 박막이 형성된다.
진공 용기(102)는 대기압 이하의 압력을 가질 수 있다. 상기 진공 용기(102)는 직육면체 형상의 용기일 수 있다. 상기 진공 용기(102)는 상판(104)을 포함할 수 있다. 상기 진공 용기(102)는 케비티(103)를 형성할 수 있다.
상기 진공 용기(102)에 가스 공급 라인(163,164) 및 가스 배기부(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 가스 공급 라인(16,1643)은 상기 진공 용기(102) 또는 가스 분배판(160)에 공정 가스를 제공할 수 있다. 상기 가스 배기부는 상기 진공 용기(102)의 공정 가스 및 반응 부산물을 외부로 배출할 수 있다. 상기 박막 증착 장치(100a)는 비정질 또는 다결정 실리콘을 기판(108) 상에 형성할 수 있다. 상기 진공 용기(102)의 압력은 수백 밀리토르(mTorr) 내지 수 토르(Torr)일 수 있다.
상기 기판(108)은 기판 홀더(106) 상에 배치될 수 있다. 상기 기판 홀더(106)는 상기 전원 전극들(110)에 대향하여 배치될 수 있다. 상기 기판(108)은 상기 전원 전극들(110)과 평행하게 이격되어 배치될 수 있다. 상기 기판(108)은 반도체 기판, 유리 기판, 또는 유전체 기판일 수 있다. 상기 기판(108)은 사각형 기판일 수 있다. 상기 기판(108)에 증착되는 물질은 비정질 또는 다결정 실리콘일 수 있다. 상기 기판 홀더(108)는 가열부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 가열부는 상기 기판(108)을 가열할 수 있다. 상기 기판(108)의 온도는 상온 내지 섭씨 400 도 일 수 있다. 상기 기판(108) 또는 상기 기판 홀더(106)는 전기적으로 플로딩(floating)될 수 있다. 상기 기판(108)과 상기 전원 전극(110)의 사이의 간격은 수 내지 수십 센치미터(cm)일 수 있다.
상기 상판(104)은 상기 진공 용기(102)의 상부면에 배치될 수 있다. 상기 상판(104)은 금속일 수 있다. 상기 상판(104)은 알루미늄 또는 스테인레스일 수 있다. 상기 상판(104)은 사각판 형상을 가질 수 있다. 상기 상판(104)과 상기 진공 용기(102)는 밀착되어 진공을 유지할 수 있다. 상기 상판(104)은 관통홀(미도시)을 포함할 수 있다. 전력 공급 라인(149)은 상기 관통홀에 배치된다. 상기 전력 공급 라인(149)은 상기 전원 전극들(110)에 전기적으로 연결된다.
실리콘 증착의 경우, 제1 가스 공급라인(163)은 제1 가스로 수소(H2) 가스를 공급할 수 있고, 제2 가스 공급 라인(164)은 제2 가스로 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 또는 TSA(Trisilylamine) 일 수 있다.
상기 제1 가스는 수소 가스 이외에 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 또한, 도핑을 원하는 경우, 상기 제1 가스는 B2H6 가스 또는 PH3 가스를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 영역(107)은 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이의 서로 마주 보는 공간일 수 있다. 상기 제1 가스가 상기 플라즈마 영역에 공급되고, 플라즈마에 의하여 상기 제1 가스는 이온화되고, 여기종 및 활성종을 생성할 수 있다. 상기 플라즈마 영역(107)은 제1 방향을 따라 연장될 수 있다.
상기 플라즈마 영역에서 생성된 전자, 이온, 여기종, 또는 활성종( 예를 들어, H*)은 상기 반응 영역(109)에서 제2 가스와 반응할 수 있다. 구체적으로, 제2 가스는 활성종(예를 들어, H*)에 의하여 SiH3로 분해될 수 있다. 이어서, 상기 SiH3은 상기 기판(108)에 입사하고 흡착될 수 있다. 이어서, 상기 기판(108)으로부터 열 에너지를 흡수하여, H는 제거되고, Si 막이 증착될 수 있다.
상기 플라즈마 영역과 상기 반응 영역이 분리됨에 따라, 기판에 플라즈마 노출이 억제되어, 이온 손상이 감소하고, 기판의 하전(charging)이 감소할 수 있다. 이에 따라, 기판 및 기판 주위에 아킹(arcing) 발생이 감소할 수 있다.
또한, 기판 홀더(106)는 접지 또는 폴로팅될 수 있다. 상기 기판 홀더(106)가 접지되는 경우에도, RF 전류 흐름에 큰 영향이 없어, 종래의 평행판 축전 결합 플라즈마와 같은 RF 전류 흐름을 위한 복잡한 기구물이 제거될 수 있다.
종래의 평행판 축전 결합 플라즈마 증착 장치와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치의 기판 홀더는 전기적으로 플로팅될 수 있다. 만약, 상기 기판 홀더(106)가 접지된 경우에도, 플라즈마는 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이에 주로 발생한다. 따라서, 상기 기판(108)은 상기 플라즈마에 실질적으로 직접 노출되지 않을 수 있다. 종래의 축전 결합 플라즈마 장치의 장점을 모두 이용하면서 리모트 플라즈마를 이용하여 박막을 형성할 수 있다. 또한, 고밀도 플라즈마를 위하여 상기 전원 전극에 인가되는 구동 주파수가 13.56 Mhz 이상으로 증가될 수 있다. 또한, 대면적화를 위하여 전원 전극의 개수는 용이하게 증가될 수 있다.
기판 표면 반응 및 상기 반응 영역에서 공간 반응은 다양하게 변형될 수 있으며, 아직까지 정확한 메카니즘은 알려지지 않고 있다. 다만, SiH3가 실리콘 증착에 중요한 활성종으로 알려져 있다. 또한, 도핑을 위하여, B2H6 가스 또는 PH3 가스는 제2 가스로 공급될 수 있다.
실리콘 산화막 증착의 경우, 제1 가스 공급라인(163)은 제1 가스로 산소(O2) 가스, N2O 가스, NO 가스, 또는 수증기(H2O))를 공급할 수 있고, 제2 가스 공급 라인(164)은 제2 가스로 SiH4 가스를 공급할 수 있다. 상기 제1 가스는 산소 포함 가스 이외에 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 추가적으로 더 포함할 수 있다.
실리콘 질화막 증착의 경우, 제1 가스 공급라인(163)은 제1 가스로 NH3 가스 또는 N2 가스를 공급할 수 있고, 제2 가스 공급 라인(164)은 제2 가스로 SiH4 가스를 공급할 수 있다.
가스 분배판(160)은 상기 진공 용기(102) 내부에 장착될 수 있다. 상기 가스 분배판(160)은 내부에 제1 가스 확산 공간(151)을 포함한다. 상기 제1 가스 확산 공간(151)은 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 연장되어 플라즈마가 발생되는 모든 영역 또는 일부 영역에 제1 가스를 공급할 수 있다. 상기 제1 가스 확산 공간(151)은 복수의 공간으로 분할될 수 있다.
상기 제1 가스 확산 공간(151)이 복수의 공간으로 분할될 경우, 상기 제1 가스 확산 공간(151)은 서로 연결될 수 있다.
상기 가스 분배판(160)은 상부 가스 분배판과 하부 가스 분배판으로 분리되고, 두 판에서 서로 마주보는 면들에 형성된 함몰부는 상기 제2 가스 확산 공간(151)을 제공할 수 있다.
제2 가스 확산 공간(152)은 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되고 상기 가스 분배판(160)에 형성되거나 상기 가스 분배판(160) 내부에 배치될 수 있다. 상기 제2 가스 확산 공간(152)은 단일 공간이 바람직하나, 복수의 공간으로 분할될 수 있다.
상기 가스 분배판(160)은 도전체로 형성되고 접지될 수 있다, 상기 가스 분배판(160)의 표면은 유전체로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분배판(160)은 알루미늄으로 형성되고, 표면은 알루미늄 산화막 처리될 수 있다. 상기 가스 분배판(160)은 상기 상판(104)의 하부에 장착될 수 있다.
전력 분배부(105)는 전력 공급라인(149), 제1 배선(140), 제2 배선(130), 및 상기 제1 배선(140)과 상기 제2 배선(130)을 연결하는 콘택 플러그들(190)을 포함할 수 있다. 상기 전력 분배부(105)는 상기 가스 분배판(160)에 매설될 수 있다.
상기 전력 분배부(105)가 상기 가스 분배부(160)에 매설되는 경우, 상기 진공 용기(102)를 관통하는 전력 공급라인(149)의 개수는 현저히 감소할 수 있다. 따라서, 진공 유지 및 유지 보수가 용이하다.
상기 제1 배선(140)은 상기 제2 가스 확산 공간(152) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 배선(140)은 한 평면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 배선(140)은 상기 가스 분배판(160)에 매설될 수 있다. 상기 제1 배선(140)은 외부 전력 공급 라인(149)을 통하여 제공받은 RF 전력을 전원 전극들(110)에 분배하기 위한 1차 분배회로이다. 상기 제1 배선(140)을 통하여 분배된 RF 전력은 상기 제2 배선(130)을 통하여 재분배되어 최종적으로 상기 전원 전극들(110)에 제공될 수 있다. 상기 제2 배선(130)은 한 평면에 배치될 수 있다.
만일, 상기 제1 배선(130)이 주로 전력 분배를 수행하면, 상기 제2 가스 확산 공간(152)을 관통하는 콘택 플러그들(190)의 개수가 증가한다. 반대로, 상기 제2 배선(140)이 주로 전력 분배를 수행하면, 상기 제2 가스 확산 공간(152)을 콘택 플러그(190)의 개수는 감소하나, 제2 노즐들(154)이 배치되는 공간은 제한된다. 따라서, 제2 노즐 배치에 한계가 있다. 따라서, 상기 제1 배선(140)에 의한 전력 분배와 상기 제2 배선(130)에 의한 전력 분배의 적절한 조화가 요구된다.
상기 제1 배선(140)은 동축 케이블 구조를 가진다. 이에 따라, 주위 환경에 따른 임피던스 변화를 최소화한다. 또한, 상기 제1 배선(140)의 전력 공급 라인에 연결된 일단과 상기 콘택 플러그들(190)에 연결된 타단들 사이의 임피던스는 동일하도록 설정될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 배선(140)의 전력 공급 라인에 연결된 일단과 상기 콘택 플러그들(190)에 연결된 타단들 사이의 길이는 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 배선(140)은 매 분기점마다 2 가지(branch)를 가지고 최종적으로 2의 급수 배(2n)의 분기점을 가질 수 있다.
상기 콘택 플러그들(190)은 상기 제2 가스 확산 공간(152)을 관통하여 상기 제1 배선(140)과 제2 배선(130)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 콘택 플러그들(190)의 개수는 상기 제1 배선(140)의 구조 및 상기 제2 배선(130)의 구조에 의존할 수 있다. 상기 콘택 플러그(190)의 구조는 동축 케이블과 같은 구조를 가진다. 이에 따라, 상기 콘택 플러그(190)의 임피던스는 주위 환경에 영향을 받지 않을 수 있다.
상기 제2 배선(130)은 전력을 재분배하여 상기 전원 전극들(110)에 공급할 수 있다. 상기 제2 배선(130)은 상기 콘택 플러그(190)와 그룹을 형성하는 전원 전극들(110)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제2 배선(130)은 동축 케이블 구조를 가진다. 상기 제2 배선(130)은 영역에 따라 복수 개일 수 있다.
상기 제2 배선(130)은 상기 콘택 플러그(190)를 통하여 공급된 전력을 서로 인접한 복수의 전원 전극들(110)에 전력을 분배할 수 있다. 상기 제2 배선(130)은 동일한 평면에 배치될 수 있다. 상기 제2 배선(130)은 동축 케이블 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 배선(130)은 콘택 플러그와 전원 전극들의 길이가 동일하도록 설정될 필요는 없다. 따라서, 상기 제2 배선(130)은 상기 전원 전극들(110)의 중심을 가로지르도록 배치된 스트립 라인 형태일 수 있다. 상기 제2 배선(130)은 2 개 이상의 전원 전극들(110)에 전력을 분배할 수 있다. 따라서, 전원 전극의 개수는 2의 급수(2n)에 한하지 않고, 다양하게 변경될 수 있다.
상기 전원 전극들(110)은 상기 제2 배선(130)을 통하여 전력을 공급받아 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 전원 전극들(110)은 직사각형 기둥 형상을 가질 수 있다. 상기 전원 전극들(110)은 제1 방향으로 연장되고, 제2 방향으로 일정한 간격을 가지고 배열될 수 있다. 상기 전원 전극들(110)은 도전체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전원 전극들(110)의 표면은 절연체로 코팅될 수 있다. 상기 전원 전극들(110)은 상기 제2 배선(140)에 결합 수단(114)을 통하여 전기적으로 연결되고 기계적으로 고정될 수 있다.
상기 전원 전극(110)과 상기 가스 분배판(160)의 하부면 사이에는 절연체(112)가 배치될 수 있다. 상기 절연체(112)는 스트립 라인 형태를 가지고 제1 방향으로 연장될 수 있다. 상기 절연체(112)의 일면의 일부는 플라즈마에 노출되고, 상기 절연체(112)의 일면의 잔부는 상기 전원 전극(110)과 결합할 수 있다. 상기 절연체(112)의의 타면은 상기 가스 분배판(160)의 하부면에 결합할 수 있다.
접지 전극들(120)은 상기 전원 전극(110)의 양 측면에 배치될 수 있다. 상기 접지 전극(120)은 상기 가스 분배판의 하부면에서 돌출되어 제1 방향으로 연장될 수 있다. 또는 상기 접지 전극(120)은 상기 가스 분배판(160)의 하부면에 장착되어 제1 방향으로 연장될 수 있다.
상기 절연체(112)는 상기 접지 전극(120)을 제외한 상기 가스 분배판(160)의 하부면이 플라즈마에 노출되지 않도록 배치될 수 있다. 상기 접지 전극들(120)의 하부면은 상기 전원 전극들(110)의 하부면 보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 발생 공간은 한정될 수 있다. 플라즈마는 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이에 주로 발생될 수 있다.
상기 제1 가스 확산 공간(151)에 저장된 제1 가스는 제1 노즐(153)을 통하여 상기 전원 전극과 접지 전극 사이에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 노즐(153)은 상기 접지 전극(120)과 전원 전극(110) 사이에 배치된 절연체(112)를 관통하고, 상기 제1 가스 확산 공간(151)까지 연장될 수 있다. 상기 제1 노즐들(153)은 제1 방향 또는 전원 전극들이 연장되는 방향으로 정렬될 수 있다.
상기 제2 가스 확산 공간(152)에 저장된 제2 가스는 제2 노즐(154)을 통하여 상기 접지 전극(120)을 통하여 상기 반응 영역(109)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 노즐(154)은 상기 접지 전극(120)을 관통하여 상기 기판(108)에 직접 제2 가스를 제공할 수 있다. 상기 제2 노즐(154)은 플라즈마 영역(107)에 노출되지 않은 상기 접지 전극의 하부면 부위에 배치될 수 있다.
RF 전원(180)의 주파수는 13.56 Mhz 내지 수백 Mhz일 수 있다. 상기 RF 전원(180)의 출력은 임피던스 매칭 네트워크(170) 및 전력 공급라인(149)을 통하여 제1 배선(140)에 공급될 수 있다.
종래의 전력 공급 라인들은 전원 전극들에 각각 연결되어 전력을 공급한다. 전력 공급 라인들이 복수 개인 경우, 진공 용기를 관통하는 관통홀은 전력 공급 라인의 개수에 대응한다. 따라서, 전원 전극의 개수의 증가에 따라 관통홀 및 상기 관통홀에 삽입되는 전력 공급 라인의 개수가 증가한다. 따라서, 진공 유지에 어려움이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 13.56 Mhz 내지 200 Mhz의 RF 전원을 복수의 라인 형상의 전원 전극들에 인가한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 전원 전극들에 전력을 분배하는 전력 분배부(제1 배선 및 제2 배선)를 가스 분배판 내부에 장착시킨다. 이에 따라, 최소의 외부 전력 공급라인을 가지고 효율적인 플라즈마 방전이 가능하다. 또한, 전력 분배부는 동축 케이블 구조를 가지도록 설계된다. 또한, 상기 외부 전력 공급 라인으로부터 전원 전극들 사이의 임피던스는 실질적으로 동일하다. 따라서, 안정적으로 전력 분배된 균일한 플라즈마 형성이 가능하다. 또한, 제1 가스 확산 공간 및 제2 가스 확산 공간은 가스를 분배하면서, 간단한 구조로 전원 전극들에 전력 분배가 수행될 수 있다. 이에 따라, 제조 원가를 절감시키고 유지 보수가 용이하다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 전력 분배부(105)는 진공 용기(102)의 외부에 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다. 도 1에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 박막 증착 장치(100b)는 진공 용기(102)의 뚜껑 대신에 가스 분배판(160)이 사용될 수 있다.
상기 박막 증착 장치(100b)는 진공 용기(102)의 상판(160)에 나란히 설치된 복수의 접지 전극(120), 상기 접지 전극(120) 사이에 배치된 전원 전극(110), 상기 복수의 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110)은 교대로 형성되고, 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이에 제1 가스를 공급하는 제1 노즐(153), 및 상기 제1 노즐(153)과 교대로 형성되고, 상기 제1 가스와 다른 제2 가스가 상기 접지 전극(120)을 관통하여 분사하는 제2 노즐(154)을 포함한다.
가스 분배판(160)은 상기 진공 용기의 상판일 수 있다. 상기 진공 용기의 상판에는 제1 가스 공급 라인(163)에 연결된 제1 가스 확산 공간(151) 및 제2 가스 공급라인(164)에 연결된 제2 가스 확산 공간(152)을 포함하여 상기 제1 가스와 상기 제2 가스를 공급할 수 있다.
전력 분배부(105)는 상기 전원 전극(110)에 공급되는 외부 RF 전력에 의하여 플라즈마를 형성하고, 상기 전원 전극(110)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 제1 가스는 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이에 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마 및 상기 플라즈마에 의하여 형성된 라다칼은 상기 제2 가스와 반응하여 상기 기판(108)에 박막을 형성한다.
상기 제2 가스는 상기 전원 전극(120)에 직접 분사되지 않을 수 있다. 만약, 상기 제2 가스가 상기 전원 전극(110)을 통하여 공급되거나, 상기 전원 전극(110)에 직접 분사되는 경우, 상기 전원 전극(110)의 표면에 박막 또는 폴리머가 증착될 수 있다. 상기 전원 전극(110)에 형성된 박막 또는 폴리머는 오염물로 작용할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 상기 전원 전극에 상기 제2 가스 (증착 소스 가스)는 직접 분사되지 않는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 기판(108)이 배치되는 평면을 정의하는 제1 방향과 제2 방향 중에서 기판(108)의 평면과 대응되게 설치된 복수의 접지 전극(120), 서로 이웃한 접지 전극(120) 사이에 배치되고 상기 접지 전극(120)에 대향하게 배치된 전원 전극(110), 및 RF 전원으로부터 전력을 제공받아 상기 전원 전극(110)에 전력을 분배하는 전력 분배부(105)를 포함한다. 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 전원 전극(110)을 마주보도록 배치된 상기 기판(108)에서 먼 쪽에 제1 가스를 공급하는 제1 노즐(153)이 배치될 수 있다. 상기 기판(108)에서 가까운 쪽에 제2 가스를 공급하는 제2 노즐(154)이 배치될 수 있다.
상기 제1 가스는 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이에 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마 및 상기 플라즈마에 의하여 형성된 라다칼은 상기 제2 가스와 반응하여 상기 기판(108)에 박막을 형성할 수 있다. 상기 제2 가스는 상기 전원 전극(110)에 직접 분사되지 않을 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 진공 용기(102)의 상판(160)의 하단에 배치된 복수의 전원 전극(110), 상기 전원 전극(110)의 양 측면에 배치된 접지 전극(120), 상기 진공 용기(102)의 상판을 기준으로 상기 상판(160)의 하단에 위치하고 제1 가스를 분사하는 제1 노즐(153), 및 상기 상판(160)의 하단에서 돌출되어 형성된 상기 접지 전극(120)을 관통하여 제2 가스를 분사하는 제2 노즐(154)을 포함한다. 상기 제1 가스의 분사 위치와 상기 제2 가스의 분사 위치는 서로 다를 수 있다.
상기 제1 노즐(153)과 상기 기판(108) 사이의 거리는 상기 제2 노즐(154)과 상기 기판(108) 사이의 거리보다 클 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따른 박막 증착 방법은 RF 전원(180)으로부터 전력을 제공받아 전력을 분배하여 복수의 전원 전극(110)에 제공하는 단계, 상기 전원 전극(110)의 양 측면에 대향하도록 배치된 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(120) 사이에 제1 가스를 제공하는 단계, 제1 가스 공급라인(163)을 통하여 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 단계, 제2 가스 공급라인(164) 및 상기 접지 전극(120)을 통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역(109)에 제2 가스를 공급하는 단계, 및 상기 반응 영역(109)에 배치된 기판(108)에 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제2 가스는 상기 전원 전극(110)에 직접 분사되지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 박막 증착 장치(100b)는 진공 용기를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 박막 증착 장치(100b)는 대기압 방전할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치(100c)를 설명하는 개념도이다. 도 1에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 제1 가스 확산 영역(미도시)의 형태 및 제2 가스 확산 영역(미도시)은 다양하게 변형될 수 있다. 제1 가스 공급부(157)는 제1 가스 공급라인(163)에 연결되고, 제2 가스 공급부(159)는 제2 가스 공급라인(164)에 연결될 수 있다. 제1 노즐은 전원 전극과 접지 전극 사이에 제1 가스를 플라즈마 영역에 공급하고, 제2 노즐은 접지 전극을 통하여 제2 가스를 반응 영역에 공급한다.
결합 수단(114)은 전원 전극들(110)의 중심에 전력을 공급할 수 있다. 상기 전력 분배부(105)는 진공 용기(102)의 내부에 배치될 수 있다.
도 4a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 4b 내지 도 4e는 도 4a의 I-I' 선, II-II' 선, III-III'선, 및 IV-IV'선을 따라 각각 자른 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 박막 증착 장치(100d)는 케비티를 정의하는 진공 용기를 포함한다. 상기 박막 증착 장치(100d)는 복수의 접지 전극들(120), 상기 접지 전극들(120) 사이에 배치되고 상기 접지 전극(120)의 양면에 대향하게 배치된 전원 전극들(110), 제1 가스 공급라인(163)을 통하여 상기 접지 전극(120)과 전원 전극(110) 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 플라즈마 영역들, 제2 가스 공급라인(164) 및 상기 접지 전극(120)을 통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마 영역들의 주변에서 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역, 및 상기 반응 영역에 배치된 기판 홀더를 포함하고, 상기 기판 홀더 상에 배치된 기판에 박막이 형성된다.
제1 방향은 상기 전원 전극들(110)과 접지 전극들(120)이 연장되는 방향이고, 제2 방향은 제1 방향에 수직하고 가스 분배판(160)이 배치되는 평면에 있다. 제3 방향은 가스 분배판의 배치 평면에 수직한 방향이다.
상기 전원 전극들(110)은 일정한 폭과 두께를 가지고 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 전원 전극은 도전체이다. 상기 전원 전극들(110)은 알루미늄과 같은 도전성이 높은 물질일 수 있다. 상기 전원 전극들의 모서리는 라운팅 처리될 수 있다. 상기 전원 전극들(110)의 길이는 수십 센티 미터 내지 수 미터일 수 있다. 상기 전원 전극들의 배치 간격은 일정한 것이 바람직하다.
접지 전극들(120)은 가스 분배판(160)의 하부면에서 돌출되어 일정한 폭과 두께를 가지고 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 하나의 전원 전극(110)의 양 측에는 접지 전극들(120)이 배치될 수 있다. 따라서, 플라즈마가 없는 경우, 전원 전극들 각각은 동일한 임피던스를 가질 수 있다. 또한, 전원 전극(110)과 접지 전극(120) 사이의 간격은 일정할 수 있다. 상기 접지 전극(120)은 도전체이다. 스퍼터링 저항성을 가지도록 상기 접지 전극(120)의 표면은 절연체로 코팅될 수 있다.
상기 가스 분배판(160)의 하부면으로부터 접지 전극(120)의 하부면 까지의 거리는 상기 가스 분배판(160)의 하부면으로부터 전원 전극(110)의 하부면까지의 거리보다 작을 수 있다.
접지 전극(120)과 전원 전극(110) 사이의 간격, 전원 전극의 폭과 높이, 접지 전극의 폭과 높이는 공정 조건에 의존하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 높은 압력에서 동작하는 경우, 상기 접지 전극과 전원 전극의 간격은 감소할 수 있다. 균일성을 향상시키고 하는 경우, 이웃한 접지 전극들 사이의 간격은 감소할 수 있다. 플라즈마 영역과 반응 영역을 서로 인접하게 배치하기 위하여, 상기 접지 전극의 높이는 감소될 수 있다. 상기 접지 전극과 상기 전원 전극은 교대로 배치될 수 있다. 다만, 최외각에는 상기 접지 전극이 배치될 수 있다.
접지 전극의 형태와 전원 전극의 형태는 직사각형, 테이퍼형, 절두 삼각형 , 타원형 등 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 접지 전극과 전원 전극 사이의 간격은 제3 방향으로 일정하지 않을 수 있다. 또한, 상기 전원 전극 또는 접지 전극은 제1 방향으로 진행하면서 구불구불할 수 있다.
상기 가스 분배판(160)은 상기 제1 배선(140)이 장착되는 상부 가스 분배판(160a)및 상기 제2 배선(130)이 장착되는 하부 가스 분배판(160a)을 포함할 수 있다. 상기 가스 분배판(160)은 사각판 형태일 수 있다. 상기 상부 가스 분패판(160a)과 상기 하부 가스 분배판(160b)은 서로 결합할 수 있다.
상기 하부 가스 분배판(160b)의 상부면에 제2 방향으로 연장되는 함몰부(151a)를 포함할 수 있다. 덮개부(155)는 상기 함몰부(151a)의 상부면을 덮을 수 있다. 상기 덮개부(155)와 상기 함몰부(151a)는 제1 가스 확산 영역(151)을 형성할 수 있다. 상기 제1 가스 확산 영역(151)은 제2 방향으로 이격되어 복수 개가 배치될 수 있다. 상기 제1 가스 확산 영역(151)은 하부 가스 분배판(160b)의 가장 자리에서 서로 연결될 수 있다. 제1 노즐(153)은 절연판(112)을 관통하여 상기 제1 가스 확산 영역(151)에 연결될 수 있다. 상기 제1 노즐들(153)은 제1 방향으로 정렬될 수 있다.
상기 상부 가스 분배판(160a)의 하부면에 제1 함몰부(152a)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 하부 가스 분배판(160b)의 상부면에는 제2 함몰부(152b)가 형성될 수 있다. 상기 제1 함몰부(152a)와 상기 제2 함몰부(152b)는 결합하여 상기 제2 가스 확산 공간(152)을 형성할 수 있다. 상기 제2 가스 확산 공간(152)은 제2 가스를 확산 분배하고자 하는 전 영역 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 가스 확산 공간(152)에 연결된 복수의 제2 노즐들(154)은 상기 접지 전극(120)을 통하여 반응 영역에 제2 가스를 공급할 수 있다. 상기 제2 가스 확산 공간(152)은 직사각형 판형일 수 있다.
상기 상부 가스 분배판(160a)의 가장 자리에 제1 가스 공급라인(163)이 매설될 수 있다. 상기 제1 가스 공급라인(163)은 상기 제1 가스 확산 영역(151)과 연결될 수 있다.
상기 상부 가스 분배판(160a)의 중심 부근에는 제2 가스 공급라인(164)이 배치될 수 있다. 상기 제2 가스 확산 공간(152)에 외부로부터 가스를 공급하는 제2 가스 공급라인(164)이 연결될 수 있다. 상기 제2 가스 공급 라인(164) 하부의 상기 제2 가스 확산 공간(152)에는 상기 제2 가스 공급 라인(164)으로 공급된 제2 가스를 확산시키는 배플(165)이 배치될 수 있다.
상기 제1 배선(140), 상기 제2 배선(130), 및 상기 콘택 플러그(190)는 동축 케이블 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 배선(140)은 전력 공급라인(149)을 통하여 전력을 공급받을 수 있다. 상기 전력 공급라인(149)은 중심 도체(149a)와 상기 중심 도체(149a)를 감싸는 절연체(149b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 배선(140)은 상기 제2 가스 확산 공간(152)의 상부면에 형성된 함몰부(141)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 배선(140)은 상기 상부 가스 분배판(160a)의 하부면에 형성된 함몰부(141)에 배치될 수 있다. 상기 함몰부(141)의 형상은 상기 제1 배선의 형상과 동일할 수 있다.
상기 제1 배선(140)은 제1 상부 절연판(148), 상기 제1 상부 절연판(148) 하부에 배치된 제1 배선 도전 라인(146), 상기 제1 배선 도전 라인(146) 하부에 배치된 제1 하부 절연판(144), 및 상기 제1 하부 절연판(144)의 하부에 배치되는 제1 하부 도체판(142)을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부 절연판(148) 및 상기 제1 하부 절연판(144)은 상기 제1 배선 도전 라인(146)을 감싸도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 상부 가스 분배판(160a) 및 상기 하부 도체판(142)은 상기 제1 상부 절연판(148) 및 상기 제1 하부 절연판(146)을 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 하부 도체판(142)의 하부면은 상기 상부 가스 분배판의 하부면과 일치하여, 가스의 유체 저항은 감소될 수 있다. 상기 제1 상부 절연판(148) 및 상기 제1 하부 절연판(144)는 상기 제1 배선 도전 라인(146)의 주위의 공간을 채워서 이상 방전을 억제할 수 있다.
상기 제1 배선 도전 라인(146)은 전력 공급 지점(전력 공급라인과 제1 배선의 접촉 지점)으로부터 2의 배수로 차례로 분기될 수 있다. 최종 분기된 지점들과 전력 공급 지점의 거리는 동일할 수 있다. 상기 제1 배선 도전 라인(146)은 동일한 평면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제1 배선(146)은 노즐의 위치에 영향이 없이 자유로이 배치될 수 있다. 상기 제1 배선(140)의 최종 분기된 라인은 콘택 플러그(190)를 통하여 제2 가스 확산 공간(152)을 관통하여 제2 배선(130)에 연결된다.
상기 제1 배선(140)에 의하여 분기된 지점의 개수가 너무 많으면 콘택 플러그의 개수가 증가한다. 이에 따라, 상기 제2 가스 확산 공간(152)을 관통하는 콘택 플러그는 가스 확산 및 가스 분배를 저해할 수 있다.
상기 제2 배선(130)은 상기 제2 가스 확산 공간(152)의 하부면에 형성된 함몰부(131)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 함몰부(131)는 상기 하부 가스 분배판(160b)의 상부면에 배치될 수 있다. 상기 함몰부(131)의 개수는 콘택 플러그의 개수와 동일할 수 있다. 상기 함몰부(131)는 하부 가스 분배판(160b)의 중심 또는 전원 전극(110)의 중심에 제2 방향으로 연장되어 배치될 수 있다.
상기 제2 배선(130)은 제2 상부 도체판(132), 상기 제2 상부 도체판(132) 하부에 배치되는 제2 상부 절연판(134), 상기 제2 상부 절연판(134)의 하부에 배치된 제2 배선 도전 라인(136), 및 상기 제2 배선 도전 라인(136) 하부에 배치된 제2 하부 절연판(138)을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 절연판(134) 및 상기 제2 하부 절연판(138)은 상기 제2 배선 도전 라인(136)의 주위의 공간을 채워서 이상 방전을 억제할 수 있다.
상기 제2 배선의 거리는 반드시 동일 거리일 것을 요구하지 않는다. 예를 들어, 공정 조건에 의하여, 전원 전극의, 접지 전극의 폭, 전원 전극과 접지 전극의 간격이 고정된 경우, 임의의 기판 크기에 대하여, 전원 전극의 개수는 2의 배수에 한정되지 않는다. 따라서, 이 경우, 제2 배선은 1 이상의 홀수 개의 다중 전극을 연결할 수 있다. 따라서, 임의의 기판 크기에 대하여, 전원 전극의 개수는 선택될 수 있다.
상기 제2 상부 절연판(134) 및 상기 제2 하부 절연판(136)은 상기 제2 배선 도전 라인(136)을 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 제2 상부 도체판(132) 및 상기 하부 가스 분배판(160b)은 상기 제2 상부 절연판(134) 및 상기 제2 하부 절연판(138)을 감싸도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 배선(130)은 동축 케이블 구조를 가질 수 있다.
상기 콘택 플러그들(190)은 상기 제1 배선(140)과 상기 제2 배선(130)을 전기적으로 연결하는 플러그 도체(192), 상기 플러그 도체(192)의 주위를 감싸는 절연 자켓(194), 및 상기 절연 자켓(194)의 주위를 감싸는 외피 도전체(196)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 콘택 플러그들(190)은 동축 케이블 구조를 가질 수 있다. 상기 절연 자켓(194)은 이상 방전을 방지하기 위하여 가스 공간을 제거할 수 있다.
절연체들(112)은 상기 전원 전극들(110)과 상기 가스 분배판(160) 사이에 개재되어 상기 전원 전극들(110)과 나란히 연장될 수 있다. 상기 절연체들(112)은 스트립 라인 형태일 수 있다. 상기 절연체(112)는 이웃한 접지 전극들(120) 사이의 공간을 채울 수 있다. 상기 절연체(112)는 제1 절연체층(112a)과 제2 절연체층(112b)의 복층 구조를 가질 수 있다. 플라즈마에 직접 노출되는 제1 절연체(112a)는 세라믹, 알루미나, 사파이어와 같이 스퍼터링에 강한 물질일 수 있다. 플라즈마에 노출되지 않는 제2 절연체층(112b)은 테프론, 강화 플라스틱, 유리, 쿼츠와 같은 물질일 수 있다.
제1 노즐들(152)은 상기 제1 가스 확산 공간(151)에 연결되어 상기 가스 분배반의 하부로 가스를 분사할 수 있다. 상기 제1 노즐들(152)은 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이의 공간에 제1 가스를 분사할 수 있다. 제1 노즐들(152)은 제1 방향으로 정렬될 수 있다.
제2 노즐들(154)은 상기 제2 가스 확산 공간(152)에 연결되어 상기 가스 분배판(160)의 하부로 가스를 분사한다. 상기 제2 노즐들(154)은 상기 접지 전극(120)을 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제2 노즐들(154)은 상기 접지 전극(120)의 연장 방향 또는 제1 방향으로 배열될 수 있다.
노즐(153,154)은 제3 방향을 따라 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역으로 구분될 수 있다. 상기 제3 영역의 직경은 제3 방향으로 진행하면서 점차 증가하는 테이퍼 형태일 수 있다. 또한, 상기 제2 영역의 직경은 제1 영역 및 제3 영역의 직경보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 노즐(153, 154)은 제3 방향으로 진행하면서 가스를 넓은 각도로 분사할 수 있다.
상기 전원 전극들(110) 각각은 적어도 하나의 위치에서 상기 제1 배선 및 제2 배선을 통하여 전력을 공급받을 수 있다. 하나의 위치에서 전력을 공급받는 경우, 전력은 전원 전극의 중심에서 공급받을 수 있다. 복수의 위치에서 전력을 공급받는 경우, 전력은 전원 전극을 중심으로 대칭적으로 공급받을 수 있다.
상기 제2 배선(130)과 전원 전극들(110)은 결합 수단(114)에 의하여 전기적으로 연결되고, 기계적으로 결합할 수 있다. 상기 결합 수단의 주위에는 절연체(115)에 의하여 절연되어 상기 하부 분배판(160b)과 전기적으로 절연될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 최소한의 가스 공급 라인 및 전력 공급 라인을 사용한다. 이에 따라, 진공 유지를 위한 복잡한 구조를 피할 수 있다. 또한, 전력을 분배하는 제1 배선(140) 및 제2 배선(130)은 가스 분배판(160)에 배치되어 가스 흐름을 방해하지 않고, 기구적 안정성 및 유지 보수 편리성을 제공할 수 있다. 또한, 증착 소스 가스인 제2 가스는 기판에 제2 노즐을 통하여 공간적으로 균일하게 복수의 위치에서 공급되고, 제2 가스는 플라즈마에 직접 노출되지 않아, 기판에 플라즈마 손상이 적은 박막이 형성될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 제2 배선은 하나의 콘택 플러그(190)에서 전원 전극(110)들 사이의 거리가 동일하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치는 진공 용기에 장착되지 않고 대기압에서도 동작할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다.
도 5b 내지 도 5d는 도 5a의 I-I'선, II-II'선, III-III'선을 따라 각각 자른 단면도들이다. 도 4에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 가스 분배판(160)은 상부 가스 분배판(160a)과 하부 가스 분배판(160b)을 포함할 수 있다. 상기 상부 가스 분배판(160a)의 하부면에 함몰부가 형성될 수 있다.
하부 가스 분배판(160b)은 상기 상부 가스 분배판(160a)의 하부면에 삽입되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 가스 분배판(160b)의 하부면과 상기 상부 가스 분배판(160a)의 하부면은 일치할 수 있다. 상기 상부 가스 분배판(160a)과 상기 하부 가스 분배판(160b)이 결합하여 상기 제2 가스 확산 공간(152)을 형성할 수 있다. 상기 하부 가스 분배판(160b)의 크기는 상기 제2 가스 확산 공간(152)의 크기보다 클 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 평면도이다. 도 4에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 제1 배선(140)은 전력 공급라인(149)를 통하여 RF 전력을 공급받는다. 제1 배선(140) 및 제2 배선(130)은 하나의 전원 전극에 2 개의 위치에서 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 전원 전극은 서로 대칭적으로 배치된 2 부위에서 전력을 공급받을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 배선(140)은 도 3a 에서 설명한 제1 배선의 거울 대칭 구조를 가질 수 있다.
전력 공급라인(149)에서 공급된 전력은 제1 배선(140)을 통하여 2 갈래로 갈라지고 제2 방향을 중심으로 제1 방향에 대하여 거울 대칭이 되도록 배치된다. 제1 배선(140)의 전력 공급 지점으로 부터 콘택 플러그들(190)까지의 거리는 동일할 할 수 있다. 하나의 전원 전극에 복수의 지점에서 전력을 공급은 정상파 효과를 억제할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면이다. 도 4에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 박막 증창 장치(300)는 케비티를 정의하는 진공 용기(103)를 포함한다. 상기 박막 증착 장치(100d)는 복수의 접지 전극들(120), 상기 접지 전극들(120) 사이에 배치되고 상기 접지 전극(120)의 양면에 대향하게 배치된 전원 전극들(110), 제1 가스 공급라인(163)을 통하여 상기 접지 전극(120)과 전원 전극(110) 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 플라즈마 영역들, 제2 가스 공급라인(164) 및 상기 접지 전극(120)을 통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마 영역들의 주변에서 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역, 및 상기 반응 영역에 배치된 기판 홀더를 포함하고, 상기 기판 홀더 상에 배치된 기판에 박막이 형성된다.
전력 분배부(105)는 변압기를 사용한 전력 분배, 인턱터와 축전기를 사용한 전력 분배회로, 또는 동축 케이블 구조를 가지는 분기 배선 회로를 포함할 수 있다.
전력 분배부(105)는 상기 진공 용기의 외부에 배치될 수 있다. 결합 수단은 상기 진공 용기의 상판(104) 및 가스 분배부(160)을 관통하여 전원 전극에 연결될 수 있다. 상기 결합 수단은 분배된 전력을 각각의 대응하는 전원 전극에 공급할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 전력 분배부(405)는 진공용기(102)의 외부에 배치되고, 동축 케이블 구조를 가질 수 있다. RF 전원(180)에서 공급된 전력은 임피던스 매칭 네트워크(170)를 통하여 전력 분배부(405)에 제공된다. 전력 분배 배선(442)은 차례로 2개의 가지를 가지는 트리(tree) 구조를 가질 수 있다. 전력 분배 배선(442)의 전력 공급단에서 최종 분기점 까지의 거리는 동일할 수 있다. 이에 따라, 최종 분기점에서 RF 전원 방향의 임피던스는 분기점마다 동일할 수 있다.
결합 수단(446)은 동축 케이블 구조를 가지고 최종 분기점에서 전원 전극(110)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 결합 수단(446)은 상기 진공 용기 및/또는 가스 분배부를 관통하여 상기 전원 전극(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 결합 수단(446)의 개수는 최종 분기점의 개수와 동일할 수 있다.
분기점 별로 임피던스의 차이가 있는 경우, 상기 결합 수단과 상기 최종 분기점 사이에는 임피던스를 조절할 수 있는 임피던스 조절 수단이 배치될 수 있다. 상기 임피던스 조절 수단은 임피던스를 조절하여 분배되는 전력을 변경할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 개념도이다.
도 9를 참조하면, 전력 분배부(505)는 하나의 전원 전극(110)에 2 개 이상의 지점에서 전력을 공급할 수 있다. 이를 위하여, 전력 분배부(505)는 동일한 구조의 제1 전력 분배부(505a)와 제2 전력 분배부(505b)를 포함할 수 있다.
전력 분배부(505)는 진공용기의 외부에 배치되고, 동축 케이블 구조를 가질 수 있다. RF 전원(180)에서 공급된 전력은 임피던스 매칭 네트워크(170)를 통하여 전력 분배부(505)에 제공된다. 제1 및 제2 전력 분배 배선(542a,542b) 각각은 차례로 2개의 가지를 가지는 트리(tree) 구조를 가질 수 있다. 제1 전력 분배 배선(542a) 및 제2 전력분배부(542b)의 전력 공급단에서 최종 분기점 까지의 거리는 동일할 수 있다. 이에 따라, 최종 분기점에서 RF 전원 방향의 임피던스는 분기점마다 동일할 수 있다.
결합 수단(546a, 546b)은 동축 케이블 구조를 가지고 최종 분기점에서 전원 전극(110)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 결합 수단(546a, 546b)은 상기 진공 용기 및/또는 가스 분배부를 관통하여 상기 전원 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 결합 수단(546a, 546b)의 개수는 최종 분기점의 개수와 동일할 수 있다.
분기점 별로 임피던스의 차이가 있는 경우, 상기 결합 수단과 상기 최종 분기점 사이에는 임피던스를 조절할 수 있는 임피던스 조절 수단이 배치될 수 있다. 상기 임피던스 조절 수단은 임피던스를 조절하여 분배되는 전력을 변경할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 개념도이다.
도 10을 참조하면, 전력 분배부(605)는 진공용기(102)의 외부에 배치되고, 동축 케이블 구조를 가질 수 있다. RF 전원(180)에서 공급된 전력은 임피던스 매칭 네트워크(170)를 통하여 전력 분배부(605)에 제공된다.
전력 분배부(605)는 변압기(642), 축전기(644), 및 결합 수단(646)을 포함할 수 있다. 변압기의 1차측은 복수의 직렬 연결된 1차 코일들을 포함하고, 변압기(642)의 2차측은 1차 코일들에 대응하여 배치된 복수의 2차 코일들을 포함할 수 있다. 직렬 연결된 1차 코일의 일단은 임피던스 매칭네크워크(170)에 연결될 수 있다. 직렬 연결된 2차 코일의 타단은 접지될 수 있다. 2차 코일들 각각의 일단은 축전기(644)를 통하여 전원 전극(110)에 연결될 수 있고, 2차 코일들 각각의 타단은 접지될 수 있다.
결합 수단(646)은 동축 케이블 구조를 가지고 축전기(644)에서 전원 전극(110)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 결합 수단(646)은 상기 진공 용기 및/또는 가스 분배부를 관통하여 상기 전원 전극(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 결합 수단(646)의 개수는 2차 코일의 개수와 동일할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 박막 증착 장치(800)는 케비티(103)를 정의하는 진공 용기(102)를 포함한다. 상기 박막 증착 장치(800)는 복수의 접지 전극들(820), 상기 접지 전극들(820) 사이에 배치되고 상기 접지 전극(820)의 양면에 대향하게 배치된 전원 전극들(110), 제1 가스 공급라인(163)을 통하여 상기 접지 전극(820)과 전원 전극(110) 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 플라즈마 영역들(107), 제2 가스 공급라인(164) 및 상기 접지 전극(820)을 통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마 영역들(107)의 주변에서 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역(109), 및 상기 반응 영역(109)에 배치된 기판 홀더(106)를 포함하고, 상기 기판 홀더(106) 상에 배치된 기판(108)에 박막이 형성된다.
접지 전극은 제1 방향으로 연장되면서, T 자 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 접지 전극은 상기 전원 전극을 감싸는 형상을 가질 수 있다. 접지 전극은 제3 방향으로 연장되고, 연속적으로 음 및 양의 제2 방향으로 소정의 거리 만큼 연장될 수 있다.
제2 노들은 일정간 간격으로 상기 접지 전극에 배치될 수 있다. 제2 노들은 상기 접지 전극을 관통하여 상기 접지 전극의 하부면 또는 상기 기판에 제2 가스를 분사할 수 있다. 상기 제2 노즐은 제2 가스 확산 공간을 통하여 제2 가스 공급라인에 연결될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 박막 증착 장치(900)는 케비티(103)를 정의하는 진공 용기(102)를 포함한다. 상기 박막 증착 장치(800)는 복수의 접지 전극들(920), 상기 접지 전극들(920) 사이에 배치되고 상기 접지 전극(920)의 양면에 대향하게 배치된 전원 전극들(110), 제1 가스 공급라인(163)을 통하여 상기 접지 전극(920)과 전원 전극(110) 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 복수의 플라즈마 영역들(107), 제2 가스 공급라인(164) 및 상기 접지 전극(920)을 통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마 영역들(107)의 주변에서 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역(109), 및 상기 반응 영역(109)에 배치된 기판 홀더(106)를 포함하고, 상기 기판 홀더(106) 상에 배치된 기판(108)에 박막이 형성된다.
접지 전극은 제1 방향으로 연장되면서, T 자 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 접지 전극은 상기 전원 전극을 감싸는 형상을 가질 수 있다. 접지 전극은 제3 방향으로 연장되고, 연속적으로 음 및 양의 제2 방향으로 소정의 거리 만큼 연장될 수 있다.
제2 노들은 일정한 간격으로 상기 접지 전극에 배치될 수 있다. 제2 노들은 상기 접지 전극을 제3 방향으로 연장되고, 연속적으로 양 및 음의 제2 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 노즐은 플라즈마 영역의 출구에 제2 가스를 분사할 수 있다. 상기 제2 노즐은 제2 가스 확산 공간을 통하여 제2 가스 공급라인에 연결될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
100a: 박막 증착 장치 151: 제1 가스 확산 공간
160: 가스 분배판 180: 외부 RF 전원
170: 임피던스 매칭 네트워크 140: 제1 배선
130: 제2 배선 110: 전원 전극
120: 접지 전극 190: 콘택 플러그
152: 제2 가스 확산 공간 107: 플라즈마 영역
109: 반응 영역 105: 전력 분배부
160: 가스 분배판 180: 외부 RF 전원
170: 임피던스 매칭 네트워크 140: 제1 배선
130: 제2 배선 110: 전원 전극
120: 접지 전극 190: 콘택 플러그
152: 제2 가스 확산 공간 107: 플라즈마 영역
109: 반응 영역 105: 전력 분배부
Claims (24)
- 진공 용기를 포함하는 박막 증착 장치에 있어서,
일정한 간격을 가지고 서로 이격되어 배치된 복수의 접지 전극;
제1 방향으로 나란히 연장되고 이웃한 한 쌍의 상기 접지 전극 사이에 각각 배치되고 한 쌍의 상기 접지 전극에 대향하게 배치된 전원 전극;
제1 가스 공급라인을 통하여 서로 이웃한 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이에 공급된 제1 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 플라즈마 영역;
제2 가스 공급라인을 통하고 상기 접지 전극을 관통하여 공급된 제2 가스를 이용하여 상기 플라즈마와 상호 작용하는 반응 영역;
상기 제1 가스 공급 라인에 연결된 제1 가스 확산 공간 및 상기 제2 가스 공급라인에 연결된 제2 가스 확산 공간을 포함하는 가스 분배판;
상기 전원 전극과 상기 가스 분배판의 하부면 사이에 배치되는 절연체; 및
상기 반응 영역에 배치된 기판 홀더를 포함하고,
상기 절연체의 일면의 일부는 상기 플라즈마에 노출되고, 상기 절연체의 일면의 잔부는 상기 전원 전극과 결합하고,
상기 절연체는 스트립 라인 형태를 가지고 연장되고,
상기 절연체는 상기 접지 전극을 제외한 상기 가스 분배판의 하부면이 플라즈마에 노출되지 않도록 배치되고,
상기 제1 가스는 상기 절연체를 관통하여 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이에 제공되고,
상기 제1 가스 및 상기 제2 가스는 동시에 공급되고,
상기 접지 전극의 하부면과 상기 전원 전극의 하부면은 서로 다른 평면에 배치되고,
상기 기판 홀더 상에 배치된 기판에 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 가스 공급 라인을 통하여 제공받은 제1 가스를 상기 플라즈마 영역에 분배하는 적어도 하나의 제1 가스 확산 공간; 및
상기 제2 가스 공급 라인을 통하여 제공받은 제2 가스를 상기 반응 영역에 분배하는 적어도 하나의 제2 가스 확산 공간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제1 항에 있어서,
RF 전원으로부터 공급된 전력을 상기 전원 전극에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고,
상기 전력 분배부는 상기 진공 용기의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 가스는 수소(H2) 가스 및 산소(O2) 가스 중에서 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 가스는 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 및 TSA(Trisilylamine) 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
RF 전원으로부터 공급된 전력을 상기 전원 전극에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고,
상기 전력 분배부는:
상기 제2 가스 확산 공간 상에 배치되고 외부 RF 전원으로부터 전력을 공급받아 분배하는 제1 배선;
상기 제2 가스 확산 공간 하부에 배치되고 상기 제1 배선으로부터 전력을 공급받아 재분배하는 제2 배선; 및
상기 제2 가스 확산 공간을 관통하여 상기 제1 배선과 제2 배선을 전기적으로 연결하는 콘택 플러그들을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 배선, 상기 제2 배선, 및 상기 콘택 플러그들은 동축 케이블 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 가스 분배판은:
상부 가스 분배판;및
상기 상부 가스 분배판 하부에 배치되는 하부 가스 분배판을 포함하고,
상기 상부 가스 분배판의 하부면 또는 상기 하부 가스 분배판의 상부면에 형성된 함몰부는 상기 제2 가스 확산 공간을 형성하고,
상기 제1 가스 확산 공간은 상기 하부 가스 분배판과 상기 접지 전극 사이에 배치되고,
상기 제1 가스 확산 공간은 제1 방향으로 연장되는 상기 접지 전극을 가로지르는 제2 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 전원 전극을 가로지르는 제2 방향으로 연장되고 상기 하부 가스 분배판의 상부면에 형성된 함몰부; 및
상기 함몰부 상에 배치되어 제2 가스 확산 공간을 형성하는 덮개판을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 접지 전극은 상기 가스 분배판의 하부면에서 돌출되도록 형성되거나 상기 가스 분배판의 하부면에서 장착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 가스 확산 공간에 연결되어 상기 가스 분배판의 하부로 가스를 분사하는 복수의 제1 노즐들; 및
상기 제2 가스 확산 공간에 연결되어 상기 가스 분배판의 하부로 가스를 분사하는 복수의 제2 노즐들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제1 항에 있어서,
RF 전원으로부터 공급된 전력을 상기 전원 전극에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고,
상기 전력 분배부는 상기 진공 용기의 외부에 배치되고,
상기 전력 분배부는 동축 케이블 구조의 동일 거리 분배 구조인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 삭제
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