KR101920034B1 - 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 복수의 반응기, 상기 복수의 반응기에 연결되어 있는 복수의 기체 공급부, 그리고 상기 복수의 반응기에 연결되어 있는 복수의 플라즈마 공급부를 포함하고, 상기 복수의 플라즈마 공급부 각각은 플라즈마 전원 인가부, 상기 플라즈마 전원 인가부에 연결되어 있는 복수의 다이오드, 그리고 상기 복수의 다이오드에 스위치를 통해 연결되어 있는 역전압 구동부를 포함한다.

Description

증착 장치 및 증착 방법 {DEPOSITION APPARATUS AND DEPOSITION METHOD}
본 발명은 증착 장치 및 증착 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 공정에 있어 대량생산을 위한 노력들이 있어왔다. 특히 원자층 증착 공정의 경우 시스템 효율(through-put)이 낮기 때문에, 이를 극복하기 위한 다양한 시도들이 있었다. 예를 들어, 한 반응기에 여러 개의 기판을 수직으로 장착할 수 있는 종형(batch type) 장치 및 개별 매엽식(single wafer processing) 반응기를 집합화한 장치 등이 있다. 후자의 경우 한국에이에스엠지니텍㈜이 개발한 다중 챔버 반응기가 현재 상업 판매되고 있으며 한국등록특허 782529에 상세내용이 기재되어 있다. 개별 반응기를 집합화한 다중챔버 반응기는 각 반응기가 개별 통제되므로 양산성과 더불어 기존 종형 장치에서 구현할 수 없는 각 기판별 정밀제어가 가능하다.
한편, 최근 들어 소자회로 선폭이 보다 미세해짐에 따라 저온 공정의 필요성이 대두되고 있으며 기존 원자층 증착 공정에 플라즈마 공정을 결합한 플라즈마 원자층 증착 공정(PEALD; Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)이 주목을 받고 있다. 플라즈마 원자층 증착 공정의 기본 특허는 한국에이에스엠지니텍㈜이 출원한 한국 등록특허 273473에 상세히 기재되어 있다. 최근에는 플라즈마 원자층 증착 공정의 양산성(mass-production)확보를 위해 앞서 말한 다중 반응기에 플라즈마 공정을 적용해 오고 있다. 일반적으로는 각 개별 반응기에 무선 주파수 발생기(RF generator)와 정합 함(matching box)를 1:1로 적용하고 있으나, 복수 개의 무선 주파수 발생기와 정합 함을 사용함으로써, 고 비용이 발생한다. 또한, 복수 개의 기판에 증착하는 공정과 그 증착 결과물에 균일한 특성을 얻기 위해서는 각 기판에 공급되는 플라즈마 전원을 정밀하게 제어할 필요가 있다.
각 개별 반응기에 플라즈마 전원(plasma power)을 공급하기 위하여, 현재 상업적으로 판매되고 있는 진공관 릴레이(vacuum relay)를 적용할 수도 있으나 진공관 릴레이의 경우 짧은 수명주기, 잦은 접촉 불량 등으로 인해 플라즈마 전원의 균일한 공급이 원활하지 않다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복수 개의 개별 반응기에 균일한 무선 주파수 전원(RF power)을 공급할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 복수의 반응기, 상기 복수의 반응기에 연결되어 있는 복수의 기체 공급부, 그리고 상기 복수의 반응기에 연결되어 있는 복수의 플라즈마 공급부를 포함하고, 상기 복수의 플라즈마 공급부 각각은 플라즈마 전원 인가부, 상기 플라즈마 전원 인가부에 연결되어 있는 복수의 다이오드, 그리고 상기 복수의 다이오드에 스위치를 통해 연결되어 있는 역전압 구동부를 포함한다.
상기 플라즈마 전원 인가부와 상기 복수의 다이오드 사이에 연결되어 있는 등가 회로부를 더 포함할 수 있다.
상기 등가 회로부는 λ/4 파장 등가 회로일 수 있다.
상기 역전압 구동부와 상기 복수의 다이오드의 연결을 제어하는 채널 선택기를 더 포함할 수 있다.
상기 채널 선택기는 상기 복수의 다이오드에 교대로 역전압 구동부를 연결하도록 구동할 수 있다.
상기 복수의 반응기는 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기, 그리고 제4 반응기를 포함하고, 상기 복수의 기체 공급부는 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 연결되어 있는 제1 기체 공급부와 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 기체 공급부를 포함하고, 상기 복수의 플라즈마 공급부는 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기에 연결되어 있는 제1 플라즈마 공급부와 상기 제3 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 플라즈마 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 방법은 (a) 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기, 그리고 제4 반응기를 포함하는 복수의 반응기, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 연결되어 있는 제1 기체 공급부와 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 기체 공급부를 포함하는 상기 복수의 기체 공급부, 그리고, 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기에 연결되어 있는 제1 플라즈마 공급부와 상기 제3 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 플라즈마 공급부를 포함하는 복수의 플라즈마 공급부를 포함하는 증착 장치를 준비하는 단계, (b) 상기 제1 기체 공급부를 통해, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 소스 기체를 공급하는 단계, (c) 상기 제1 기체 공급부를 통해, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 반응 기체를 공급하고, 상기 제2 기체 공급부를 통해, 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 소스 기체를 공급하는 단계, (d) 상기 제1 반응기에 연결된 상기 제1 플라즈마 공급부의 제1 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제1 반응기에 플라즈마 전원을 공급하고, 상기 제3 반응기에 연결된 상기 제2 플라즈마 공급부의 제3 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제3 반응기에 플라즈마 전원을 공급하는 단계, (e) 상기 제1 기체 공급부를 통해, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 소스 기체를 공급하고, 상기 제2 기체 공급부를 통해, 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 반응 기체를 공급하는 단계, 그리고 (f) 상기 제2 반응기에 연결된 상기 제1 플라즈마 공급부의 제2 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제2 반응기에 플라즈마 전원을 공급하고, 상기 제4 반응기에 연결된 상기 제2 플라즈마 공급부의 제4 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제4 반응기에 플라즈마 전원을 공급하는 단계를 포함한다.
상기 반응 기체는 반응성 퍼지 기체이고, 상기 소스 기체를 공급하는 단계는 상기 반응성 퍼지 기체를 함께 공급할 수 있다.
상기 (c) 단계 내지 상기 (f) 단계를 복수 회 반복할 수 있다.
상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계 사이, 상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계 사이, 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계, 상기 (e) 단계 및 상기 (f) 단계 사이 중 적어도 하나에 퍼지 기체를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반응 기체는 반응성 퍼지 기체이고, 상기 반응성 퍼지 기체는 상기 (c) 단계부터 상기 (f) 단계까지 지속적으로 공급될 수 있다.
상기 제1 플라즈마 공급부는 플라즈마 전원 인가부, 그리고 상기 플라즈마 전원 인가부와 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 등가 회로부 및 제 2 등가 회로부를 더 포함하고, 상기 제2 플라즈마 공급부는 상기 플라즈마 전원 인가부와 상기 제3 다이오드 및 상기 제4 다이오드 사이에 연결되어 있는 제3 등가 회로부와 제4 등가 회로부를 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서, 상기 제1 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에, 상기 제1 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4으로 변환하는 단계 및 상기 제3 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에 상기 제3 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (f) 단계에서, 상기 제2 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에, 상기 제2 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4으로 변환하는 단계 및 상기 제4 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에 상기 제4 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명을 통하여 기존 진공관 릴레이를 사용했을 때보다 보다 오랜 기간 동안 안정적이고 균일하게 무선 주파수 플라즈마 전원(RF plasma power)을 복수 개의 개별적인 반응기에 공급할 수 있다. 또한 다이오드를 이용하여 기존 진공관 릴레이보다 약 40배 정도 빠른 스위칭 속도 구현이 가능하여 (플라즈마)원차증 층착 공정에서 보다 향상된 시스템 효율(through-put)을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 전원 공급부의 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실험예에 따른 증착 장치의 전원 스위칭 결과를 나타내는 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면, 도 1을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 각기 증착 공정이 진행될 기판을 장착할 수 있는 복수 개의 반응기(R1, R2, R3, R4), 복수 개의 플라즈마 공급부(plasma supply unit)(P1, P2), 그리고 복수 개의 기체 공급부(gas supply unit)(G1, G2)를 포함한다. 복수 개의 반응기(R1, R2, R3, R4)는 제1 반응기(R1), 제2 반응기(R2), 제3 반응기(R3), 그리고 제4 반응기(R4)를 포함한다. 복수 개의 플라즈마 공급부(P1, P2)는 제1 플라즈마 공급부(P1)와 제2 플라즈마 공급부(P2)를 포함하고, 복수 개의 기체 공급부(G1, G2)는 제1 기체 공급부(G1)와 제2 기체 공급부(G2)를 포함한다.
도시한 실시예에서는 제1 반응기(R1)와 제2 반응기(R2)에는 제1 플라즈마 공급부(P1)가 연결되어 있고, 제3 반응기(R3)와 제4 반응기(R4)에는 제2 플라즈마 공급부(P2)가 연결되어 있다. 제1 반응기(R1)와 제3 반응기(R3)에는 제1 기체 공급부(G1)가 연결되어 있고, 제2 반응기(R2)와 제4 반응기(R4)에는 제2 기체 공급부(G2)가 연결되어 있다.
따라서, 제1 기체 공급부(G1)은 제1 반응기(R1)와 제3 반응기(R3)에 동시에 기체를 공급할 수 있고, 제2 기체 공급부(G2)는 제2 반응기(R2)와 제4 반응기(R4)에 동시에 기체를 공급할 수 있다. 각 기체 공급부(G1, G2)는 밸브(valve)와 같은 기체 공급 조절부를 포함할 수 있으며, 이러한 기체 공급 조절부를 통해, 소스 기체(source gas), 반응 기체(reactant gas), 퍼지 기체(purge gas)가 교대로 또는 선택적으로 두 개의 반응기(R1 및 R3 또는 R2 및 R4)에 공급될 수 있다.
또한, 제1 플라즈마 공급부(P1)는 제1 반응기(R1)와 제2 반응기(R2)에 플라즈마 전원을 공급할 수 있고, 제2 플라즈마 공급부(P2)는 제3 반응기(R3)와 제4 반응기(R4)에 플라즈마 전원을 공급할 수 있다.
각 반응기(R1, R2, R3, R4)는 플라즈마 (원자층) 증착용 반응기로서, 그 종류는 제한되지 않아, 플라즈마 (원자층) 증착용 반응기는 모두 적용 가능하다.
그러면, 도 2를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 플라즈마 공급부에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 플라즈마 전원 공급부의 회로도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공급부(100)는 플라즈마 전원 인가부(101), 플라즈마 전원 인가부에 연결되어 있는 복수 개의 등가 회로부(102a, 102b), 역전압 구동부(reverse voltage driver)(103), 복수 개의 등가 회로부(102a, 102b)에 연결되어 있는 복수 개의 다이오드(105a, 105b), 복수 개의 다이오드(105a, 105b)에 연결되어 있는 복수 개의 채널(106a, 106b), 복수 개의 채널(106a, 106b)에 연결되어 있는 복수 개의 정합 네트워크(107a, 107b), 역전압 구동부(103)에 연결되어 있는 채널 선택기(109), 역전압 구동부(103)와 채널 선택기(109) 사이의 스위칭을 위한 복수의 스위치(104a, 104b)를 포함한다. 각 채널(106a, 106b) 및 각 정합 네트워크(107a, 107b)는 각 반응기(108a, 108b)에 연결되어 있다.
등가 회로부(102a, 102b)는 λ/4 파장 등가 회로(equivalent wavelength circuit)일 수 있다. λ/4 파장 등가 회로는 플라즈마 전원 인가부(101)로부터 공급되는 전원의 파장을 λ/4 로 형성함으로써, 다이오드(105a, 105b)에 연결되어 있는 각 채널(106a, 106b)에 0(zero) 혹은 무한대(∞)의 임피던스(impedance)를 형성한다.
역전압 구동부(103)에 연결되어 있는 채널 선택기(109)를 통해, 복수 개의 다이오드(105a, 105b) 중 어느 하나의 다이오드(105a 또는 105b)에 역전압(reverse voltage)이 공급되면, 그 다이오드(105a 또는 105b)에 연결된 채널(106a 또는 106b)의 임피던스는 '0'이 되어, 채널(106a 또는 106b)에 플라즈마 전원이 공급된다.
이에 대하여, 보다 구체적으로 설명한다. 채널 선택기(109)가 제1 채널(106a)을 선택하면, 제1 스위치(104a)를 통해, 제1 채널(106a)에 연결되어 있는 제1 다이오드(105a)와 역전압 구동부(103)가 연결된다. 따라서, 역전압 구동부(103)로부터 제1 다이오드(105a)에 역전압이 인가되면, 제1 λ/4 파장 등가회로(102a)는 비접지(non-ground)상태가 되고, 제1 등가회로(102a) 부터 제1 다이오드(105a) 구간의 임피던스의 값은 '0'이 되어, 플라즈마 전원 인가부(101)로부터 공급되는 전압이 제1 채널(106a)로 전달되고, 제1 반응기(108a)에 전달되게 된다. 이 때, 제2 채널(106b)에 연결되어 있는 제2 다이오드(105b)에는 역전압이 인가되지 않기 때문에, 제2 λ/4 파장 등가회로(102b)는 접지(ground) 상태가 되어 제 2 등가회로(102b)부터 제2 다이오드(105b)구간의 임피던스의 값은 무한대(∞)의 값을 가지게 된다. 따라서 플라즈마 전원 인가부(101)로부터 공급되는 전압은 제2 다이오드(105b)와 제2 채널(106b)에 전달되지 않게 된다.
마찬가지로, 채널 선택기(109)가 제2 채널(106b)을 선택하면, 제2 스위치(104b)를 통해, 제2 채널(106b)에 연결되어 있는 제2 다이오드(105b)와 역전압 구동부(103)가 연결된다. 따라서, 역전압 구동부(103)로부터 제2 다이오드(105b)에 역전압이 인가되면, 제 2 λ/4 파장 등가회로(102b)는 비접지(non-ground)상태가 되고. 제 2 등가회로(102b)에서 제2 다이오드(105b)까지 구간의 임피던스의 값은 '0'이 되어, 플라즈마 전원 인가부(101)로부터 공급되는 전압이 제2 채널(106b)로 전달되고, 제2 반응기(108b)에 전달되게 된다. 이 때, 제1 채널(106a)에 연결되어 있는 제1 다이오드(105a)에는 역전압이 인가되지 않기 때문에 제1 λ/4 파장 등가회로(102a)는 접지(ground) 상태가 되어, 제1 등가회로(102a) 에서 제1 다이오드(105a)까지 구간의 임피던스의 값은 무한대(∞)의 값을 가지게 되어, 플라즈마 전원 인가부(101)로부터 공급되는 전압은 제1 다이오드(105a)와 제1 채널(106a)에 전달되지 않게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 채널 선택기(109)는 각 채널에 연결되어 있는 등가회로와 다이오드 상의 임피던스 상태를 결정하여, 각 반응기에 플라즈마 전원 전달 여부를 결정한다.
이처럼, 채널 선택기(109)가 원하는 채널을 통해, 원하는 반응기에 플라즈마 전원을 전달하고, 플라즈마 전원 전달은 각 반응기에 교대로 이루어질 수 있다.
도시한 실시예에 따르면, 두 개의 반응기(108a, 108b)를 포함하여, 채널 선택기(109)가 두 개의 반응기(108a, 108b) 중 어느 하나를 선택하여 플라즈마 전원을 공급하지만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 본 발명의 다른 한 실시예에 따르면, 두 개 이상의 반응기에 연결되어 있는 채널 선택기(109)를 포함할 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 증착 방법에 대하여 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.
제1 단계로, 제1 기체 공급부(G1)를 통해, 소스 기체를 공급하여, 소스 기체는 제1 반응기(R1) 및 제3 반응기(R3)로 동시에 공급되고, 제2 기체 공급부(G2)를 통해 제2 반응기(R2)와 제4 반응기(R4)에는 (반응성) 퍼지 기체만 지속적으로 공급된다. 제1 반응기(R1) 및 제3 반응기(R3)에 소스 기체가 공급됨으로써, 제1 반응기(R1) 및 제3 반응기(R3)에 장착되어 있는 기판 위에 소스 기체 분자가 흡착된다. 이 때, 소스 기체는 반응성 퍼지 기체와 함께 공급할 수 있다. 반응성 퍼지 기체(reactive purge gas)는 최종 박막을 구성하는 성분을 포함하고는 있으나 비활성 상태에서는 소스 기체와 반응하지 않고 단지 퍼지 기체의 역할을 하고 플라즈마로 활성화 되었을 때에는 활성화(분해)되어 소스 기체와 반응하는 기체를 말한다. 예를 들어, 질소(N2)기체는 비활성 시에는 단순한 퍼지 기체로 사용되나 플라즈마로 활성화될 경우 질화막 형성을 위한 질소 소스(nitrogen source)로 사용될 수 있다.
제2 단계로, 제1 반응기(R1) 및 제3 반응기(R3)로의 소스 기체 공급은 중단되고 반응성 퍼지 기체로 퍼지를 지속하면서 기판 위에 물리 흡착된 소스 분자 및 반응기에 남아있는 잔류 소스 기체를 퍼지 한다. 이와 동시에, 제2 기체 공급부(G2)를 통해 제2 반응기(R2) 및 제4 반응기(R4)에 소스 기체가 동시에 공급되며, 반응성 퍼지 기체도 함께 공급될 수 있다.
제3 단계로, 반응성 퍼지 기체가 공급되고 있는 제1 반응기(R1)와 제3 반응기(R3)에는 플라즈마 전원이 공급된다. 구체적으로, 제1 플라즈마 공급부(P1)를 통해 제1 반응기(R1)에 플라즈마 전원이 공급되고, 제2 플라즈마 공급부(P2)를 통해, 제3 반응기(R3)에 플라즈마 전원이 공급된다. 이러한 플라즈마 전원에 의하여, 제1 반응기(R1)와 제3 반응기(R3)에 공급되는 반응성 퍼지 기체를 활성화하여 분해함으로써, 기판 위에 이미 흡착되어 있는 소스 기체 분자와 반응하여 원하는 박막 층을 형성한다.
플라즈마 전원의 공급은 도 2에 설명한 플라즈마 공급부(100)의 동작에 의해 이루어진다. 즉, 제1 플라즈마 공급부(P1)의 채널 선택기(109)는 제1 반응기(R1)에 연결되어 있는 다이오드에 역전압을 인가하고, 제2 플라즈마 공급부(P2)의 채널 선택기(109)는 제3 반응기(R3)에 연결되어 있는 다이오드에 역전압을 인가함으로써, 제1 반응기(R1) 및 제3 반응기(R3)에 플라즈마 전원이 인가된다.
제4 단계로, 제2 반응기(R2) 및 제4 반응기(R4)에는 소스 기체 공급을 중단하고, 제2 기체 공급부(G2)를 통해 반응성 퍼지 기체만 지속적으로 공급되면서, 기판에 물리 흡착된 소스 분자 및 반응기에 남아있는 잔류 소스 기체를 퍼지 한다.
제5 단계로, 제1 플라즈마 전원 공급부(P1)는 제1 반응기(R1)로 공급하던 플라즈마 전원 공급을 중단하고, 제2 반응기(R2)로 플라즈마 전원을 공급하고, 제2 플라즈마 전원 공급부(P2)는 제3 반응기(R3)로 공급하던 플라즈마 전원 공급을 중단하고, 제4 반응기(R4)로 플라즈마 전원을 공급한다. 이에 의하여, 제2 반응기(R2)와 제4 반응기(R4)에 공급되고 있는 반응성 퍼지 기체가 활성화되어 분해됨으로써, 기판 위에 이미 흡착되어 있는 소스 기체 분자와 반응하여 원하는 박막 층을 형성한다.
플라즈마 전원의 공급은 도 2에 설명한 플라즈마 공급부(100)의 동작에 의해 이루어진다. 즉, 제1 플라즈마 공급부(P1)의 채널 선택기(109)는 제1 반응기(R1)에 연결되어 있는 다이오드에 역전압을 끊고, 제2 반응기(R2)에 연결되어 있는 다이오드에 역전압을 인가하고, 제2 플라즈마 공급부(P2)의 채널 선택기(109)는 제3 반응기(R3)에 연결되어 있는 다이오드에 역전압을 끊고, 제4 반응기(R4)에 연결되어 있는 다이오드에 역전압을 인가함으로써, 제2 반응기(R2) 및 제4 반응기(R4)에 플라즈마 전원이 인가된다.
이 때, 제1 반응기(R1)와 제3 반응기(R3)에는 반응성 퍼지 기체가 지속적으로 공급될 수 있다. 제1 반응기(R1)와 제3 반응기(R3)에 공급된 반응성 퍼지 기체는 플라즈마 전원이 공급되지 않기 때문에, 퍼지 기체로서의 역할만 하게 되며, 더 이상 활성화되지 않으므로 기판에 이미 흡착되어 있는 박막과 화학 반응하지 않고, 단순히 잔류 반응 기체만 퍼지하게 된다.
제6 단계로, 제1 반응기(R1) 및 제3 반응기(R3)에 반응성 퍼지 기체와 함께 다시 소스 기체가 공급된다. 또한, 제2 반응기(R2) 및 제4 반응기(R4)에 공급되던 플라즈마 전원이 차단되고, 제2 반응기(R2) 및 제4 반응기(R4)에는 반응성 퍼지 기체만 공급한다. 이처럼, 제2 반응기(R2) 및 제4 반응기(R4)에 공급되는 반응성 퍼지 기체는 플라즈마 전원이 공급되지 않기 때문에, 활성화되지 않으므로 기판에 이미 흡착되어 있는 박막과 화학 반응하지 않고, 단순히 잔류 반응 기체만 퍼지 하게 된다.
그 후, 위의 제2 단계부터 제6 단계를 반복함으로써, 복수 개의 반응기(R1, R2, R3, R4)에서 플라즈마 원자층 증착 공정이 진행되게 된다. 상기 반응성 퍼지기체는 반응기체가 공급되는 단계에서 공급될 수도 있으나, 전 단계에 걸쳐 지속적으로 공급될 수도 있다. 반응성 퍼지 기체를 지속적으로 공급함으로써 반응기내의 압력 변화를 최소화 할 수 있어 보다 안정적인 공정을 가능하게 한다.
본 실시예에서, 제1 반응기(R1) 및 제3 반응기(R3)가 제2 반응기(R2) 및 제4 반응기(R4) 보다 먼저 증착 공정이 시작되었지만, 그 반대도 가능하다.
본 실시예에 따른 증착 장치 및 증착 방법은 등가 회로부, 다이오드 및 역전압 공급부를 포함하는 플라즈마 전원 공급부를 포함함으로써, 복수 개의 반응기에 플라즈마 전원을 교대로 공급하는 스위칭 시간이 빠르고, 동작 특성의 지속성이 높다. 따라서, 기존의 진공관 릴레이(vacuum relay)를 이용하는 방법에 따른 짧은 수명주기, 잦은 접촉 불량 등의 문제점을 해결할 수 있다. 이에 의하여, 생산성이 향상된 플라즈마 원자층 증착 공정을 구현할 수 있게 된다.
그러면, 도 3a 및 도 3b를 참고하여, 본 발명의 실험예에 따른 증착 장치의 전원 스위칭 결과에 대하여 설명한다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실험예에 따른 증착 장치의 전원 스위칭 결과를 나타내는 그래프이다. 도 3a는 기존의 진공관 릴레이(vacuum relay)를 이용하여, 플라즈마 전원을 복수 개의 반응기에 공급한 결과를 나타내고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치와 같이, 다이오드를 이용한 플라즈마 공급부를 이용하여 복수 개의 반응기에 플라즈마 전원을 공급한 결과를 나타낸다.
각 반응기에 대한 스위칭 시간(switching time)은 기존의 진공관 릴레이를 사용한 경우, 약 8msec이었으나, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치와 같이, 다이오드를 이용한 플라즈마 공급부를 이용한 경우, 약 200μsec로서, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 스위칭 시간이 기존의 증착 장치의 스위칭 시간에 비하여 약 40배 정도 빨라졌음을 알 수 있었다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치 및 증착 방법은 등가 회로부, 다이오드 및 역전압 공급부를 포함하는 플라즈마 전원 공급부를 포함함으로써, 복수 개의 반응기에 플라즈마 전원을 교대로 공급하는 스위칭 시간이 빠르고, 동작 특성의 지속성이 높다. 따라서, 기존의 진공관 릴레이(vacuum relay)를 이용하는 방법에 따른 짧은 수명주기, 잦은 접촉 불량 등의 문제점을 해결할 수 있다. 이에 의하여, 생산성이 향상된 플라즈마 원자층 증착 공정을 구현할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 복수의 반응기,
    상기 복수의 반응기에 연결되어 있는 복수의 기체 공급부, 그리고
    상기 복수의 반응기에 연결되어 있는 복수의 플라즈마 공급부를 포함하고,
    상기 복수의 플라즈마 공급부 각각은
    플라즈마 전원 인가부,
    상기 플라즈마 전원 인가부에 연결되어 있는 복수의 다이오드, 그리고
    상기 복수의 다이오드에 스위치를 통해 연결되어 있는 역전압 구동부를 포함하고,
    상기 역전압 구동부는 상기 스위치의 스위칭을 통해 상기 복수의 다이오드에 선택적으로 역전압을 인가하여 상기 플라즈마 전원 인가부의 전원이 인가될 반응기를 선택하는 증착 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 플라즈마 전원 인가부와 상기 복수의 다이오드 사이에 연결되어 있는 복수의 등가 회로부를 더 포함하는 증착 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 등가 회로부는 각각 λ/4 파장 등가 회로인 증착 장치.
  4. 제2 항에서,
    상기 역전압 구동부와 상기 복수의 다이오드의 연결을 제어하는 채널 선택기를 더 포함하는 증착 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 채널 선택기는 상기 복수의 다이오드에 교대로 역전압 구동부를 연결하도록 구동하는 증착 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 역전압 구동부와 상기 복수의 다이오드의 연결을 제어하는 채널 선택기를 더 포함하는 증착 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 채널 선택기는 상기 복수의 다이오드에 교대로 역전압 구동부를 연결하도록 구동하는 증착 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 반응기는 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기, 그리고 제4 반응기를 포함하고,
    상기 복수의 기체 공급부는 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 연결되어 있는 제1 기체 공급부와 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 기체 공급부를 포함하고,
    상기 복수의 플라즈마 공급부는 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기에 연결되어 있는 제1 플라즈마 공급부와 상기 제3 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 플라즈마 공급부를 포함하는 증착 장치.
  9. 복수의 반응기를 이용한 플라즈마 원자층 증착 방법에 있어,
    (a) 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기, 그리고 제4 반응기를 포함하는 복수의 반응기, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 연결되어 있는 제1 기체 공급부와 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 기체 공급부를 포함하는 상기 복수의 기체 공급부, 그리고, 상기 제1 반응기 및 상기 제2 반응기에 연결되어 있는 제1 플라즈마 공급부와 상기 제3 반응기 및 상기 제4 반응기에 연결되어 있는 제2 플라즈마 공급부를 포함하는 복수의 플라즈마 공급부를 포함하는 증착 장치를 준비하는 단계,
    (b) 상기 제1 기체 공급부를 통해, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 소스 기체를 공급하는 단계,
    (c) 상기 제1 기체 공급부를 통해, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 반응 기체를 공급하고, 상기 제2 기체 공급부를 통해, 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 소스 기체를 공급하는 단계,
    (d) 상기 제1 반응기에 연결된 상기 제1 플라즈마 공급부의 제1 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제1 반응기에 플라즈마 전원을 공급하고, 상기 제3 반응기에 연결된 상기 제2 플라즈마 공급부의 제3 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제3 반응기에 플라즈마 전원을 공급하는 단계,
    (e) 상기 제1 기체 공급부를 통해, 상기 제1 반응기 및 상기 제3 반응기에 소스 기체를 공급하고, 상기 제2 기체 공급부를 통해, 상기 제2 반응기 및 상기 제4 반응기에 반응 기체를 공급하는 단계, 그리고
    (f) 상기 제2 반응기에 연결된 상기 제1 플라즈마 공급부의 제2 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제2 반응기에 플라즈마 전원을 공급하고, 상기 제4 반응기에 연결된 상기 제2 플라즈마 공급부의 제4 다이오드에 역전압을 인가하여, 상기 제4 반응기에 플라즈마 전원을 공급하는 단계를 포함하는 증착 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 반응 기체는 반응성 퍼지 기체이고,
    상기 소스 기체를 공급하는 단계는 상기 반응성 퍼지 기체를 함께 공급하는 증착 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 (c) 단계 내지 상기 (f) 단계를 복수 회 반복하는 증착 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 (c) 단계 내지 상기 (f) 단계를 복수 회 반복하는 증착 방법.
  13. 제9항에서,
    상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계 사이, 상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계 사이, 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계, 상기 (e) 단계 및 상기 (f) 단계 사이 중 적어도 하나에 퍼지 기체를 공급하는 단계를 더 포함하는 증착 방법.
  14. 제9항에서,
    상기 반응 기체는 반응성 퍼지 기체이고,
    상기 반응성 퍼지 기체는 상기 (b) 단계부터 상기 (f) 단계까지 지속적으로 공급되는 증착 방법.
  15. 제9항에서,
    상기 제1 플라즈마 공급부는 플라즈마 전원 인가부, 그리고 상기 플라즈마 전원 인가부와 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 등가 회로부 및 제2 등가회로부를 더 포함하고,
    상기 제2 플라즈마 공급부는 상기 플라즈마 전원 인가부와 상기 제3 다이오드 및 상기 제4 다이오드 사이에 연결되어 있는 제3 등가 회로부 및 제4 등가회로부를 더 포함하고,
    상기 (d) 단계에서, 상기 제1 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에, 상기 제1 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4으로 변환하는 단계 및 상기 제3 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에 상기 제3 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4로 변환하는 단계를 더 포함하는 증착 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 (f) 단계에서, 상기 제2 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에, 상기 제2 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4으로 변환하는 단계 및 상기 제4 다이오드에 상기 역전압을 인가하기 전에 상기 제4 등가 회로부를 통해, 상기 플라즈마 전원 인가부에 인가되는 전원의 파장을 λ/4으로 변환하는 단계를 더 포함하는 증착 방법.
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