KR102470379B1 - 플라즈마 증착 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정 간격을 이루게 2개의 플라즈마 건을 설치하고 그 사이에 전구체 가스 매니폴드를 설치하여 플라즈마를 방사하도록 함으로서 2개의 플라즈마 건에 의해 아치형 플라즈마의 방사 반경을 넓히고, 집중도를 높일 수 있도록 하여 기판에 증착되는 박막의 두께를 증가시킬 수 있도록 한 플라즈마 증착 장비를 제공한다.

Description

플라즈마 증착 장비{plasma deposition equipment}

본 발명은 플라즈마 증착 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아치형 플라즈마 방사 반경을 넓히고, 집중도를 높여 기판에 증착되는 박막의 두께를 증가시킬 수 있는 플라즈마 증착 장비에 관한 것이다.

이온 소스(ion source)는 기판 개질이나 박막 증착에 이용되고 있다. 이온 소스는 전극과 자극을 이용하여 폐 루프(closed drift loop)를 형성하고, 폐 루프를 따라 전자를 고속 이동시키는 구조를 갖는다. 전자가 이동하는 폐 루프 내에는 공정 챔버 외부에서 내부로 이온화 가스가 공급된다.

미국특허 7,425,709는 외부로부터 이온 소스 내부로 이온화 가스를 공급받기 위한 별도의 가스 공급 튜브와 가스 확산용 부재를 구비하고 있다. 이와 같이, 종래의 이온 소스는 후단에서 내부로 이온화 가스를 공급받아, 내부에서 플라즈마를 발생시키고 이를 내/외부 압력차에 의해 기판 쪽으로 플라즈마 이온을 내보낸다.

그런데, 종래의 이온 소스는 플라즈마 이온을 생성하는 과정에서 전극 면에 식각 현상이 일어날 수 있다. 식각된 물질들은 압력차에 의해 플라즈마 이온과 함께 외부로 분출되어 불순물 오염의 원인이 될 수도 있다. 뿐만 아니라, 분출 영역에서의 파티클 입자들이 전극에 달라붙고 이로 인해 전극과 자극 사이에 아크도 발생할 수 있다. 아크 발생은 또다른 분순물을 생성할 수 있다. 이러한 불순물은 증착 품질은 물론 이온 소스의 이온화 성능도 떨어뜨릴 수 있다. 이로 인해, 기판에 증착되는 박막의 두께가 감소되는 문제점이 있다.

미국특허 7,425,709호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소정 간격을 이루게 2개의 플라즈마 건을 설치하고 그 사이에 전구체 가스 매니폴드를 설치하여 플라즈마를 방사하도록 함으로서 2개의 플라즈마 건에 의해 형성되는 아치형 플라즈마의 방사 반경을 넓히고, 집중도를 높일 수 있도록 하여 기판에 증착되는 박막의 두께를 증가시킬 수 있도록 한 플라즈마 증착 장비를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판의 표면 상에 SiO₂를 코팅하기 위한 플라즈마 증착 장비로서, 상기 기판 측으로 개구되는 내부 공간을 갖는 제1 몸체와, 상기 제1 몸체의 내부 공간에 중앙으로 배치되게 설치되는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 양측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되는 복수개의 제1 자석들 및 상기 제1 자석들에 인접하게 구비되는 제1 냉각수 라인을 포함하고, 상기 제1 몸체에서 기판 측으로 플라즈마가 방사되게 반응 가스가 공급되는 제1 반응 가스 매니폴드로 이루어지는 제1 플라즈마 건; 상기 제1 플라즈마 건의 일측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되며, 상기 기판 측으로 개구되는 내부 공간을 갖는 제2 몸체와, 상기 제2 몸체의 내부 공간에 중앙으로 배치되게 설치되는 제2 전극과, 상기 제2 전극의 양측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되는 복수개의 제2 자석들 및 상기 제2 자석들에 인접하게 구비되는 제2 냉각수 라인을 포함하고, 상기 제2 몸체에서 기판 측으로 플라즈마가 방사되게 반응 가스가 공급되는 제2 반응 가스 매니폴드로 이루어지는 제2 플라즈마 건; 상기 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건이 소정 간격을 이루며 고정될 수 있는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 고정된 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건의 사이에 배치되게 설치되어 상기 기판 측으로 전구체 가스가 배출되게 전구체 가스가 공급되는 전구체 가스 매니폴드; 및 상기 전구체 가스 매니폴드에서 배출되는 전구체 가스 및 상기 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건에서 배출되는 반응 가스에 의해 플라즈마가 아치형으로 방사되게 상기 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건에 전원을 공급하되, 어는 하나의 전극은 양극판으로, 다른 하나의 전극은 음극판을 이루게 전원을 공급하는 전원공급기;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제1,제2 자석은 플라즈마 방사 반경의 증폭 환경을 제공하도록 상기 제1,제2 전극의 상부에 배치되는 상부 자석과 제1,제2 전극의 하부에 배치되는 하부 자석으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 상부 자석과 하부 자석의 사이에 냉각수 라인이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 제1,제2 전극은 플라즈마 방사 반경을 넓히고 집중도를 높일 수 있도록 바 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 전원공급기는 제1,제2 전극에 직류, 교류 또는 펄스 전압을 생성하여 인가하는 파워 분배기를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비에 의하면, 2개의 플라즈마 건을 사용함으로 플라즈마의 방사 반경을 넓히고, 집중도를 높일 수 있는 효과가 있고, 이에 따라 기판에 증착되는 박막의 두께를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비에 의해 기판의 표면에 박막을 형성하는 과정을 나타낸 도면이고,
도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비에 의한 실험 그래프 및 사진이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 구성들은 직접적인 접촉이나 연결뿐만 아니라 구성과 구성 사이에 다른 구성을 통해 접촉이나 연결된 것도 같은 범위로 해석하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비에 의해 기판의 표면에 박막을 형성하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비에 의한 실험 그래프 및 사진이다.

이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명은 기판의 표면 상에 SiO₂를 코팅하기 위한 플라즈마 증착 장비로서, 제1 플라즈마 건(110)과 제2 플라즈마 건(120), 베이스 플레이트(130), 전구체 가스 매니폴드(140) 및 전원공급기(150)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제1 플라즈마 건(110)과 제2 플라즈마 건(120)은 동일한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 플라즈마 건(110)은 기판 측으로 개구되는 내부 공간을 갖는 제1 몸체(112)와, 상기 제1 몸체(112)의 내부 공간에 중앙으로 배치되게 설치되는 제1 전극(114)과, 상기 제1 전극(114)의 양측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되는 복수개의 제1 자석(116)들 및 상기 제1 자석(116)들에 인접하게 구비되는 제1 냉각수 라인(118)을 포함하고, 상기 제1 몸체(112)에서 기판 측으로 플라즈마가 방사되게 반응 가스가 공급되는 제1 반응 가스 매니폴드(119)로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 플라즈마 건(120)은 제1 플라즈마 건(110)의 일측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 제2 플라즈마 건(120)은 기판 측으로 개구되는 내부 공간을 갖는 제2 몸체(122)와, 상기 제2 몸체(122)의 내부 공간에 중앙으로 배치되게 설치되는 제2 전극(124)과, 상기 제2 전극(124)의 양측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되는 복수개의 제2 자석(126)들 및 상기 제2 자석(126)들에 인접하게 구비되는 제2 냉각수 라인(128)을 포함하고, 상기 제2 몸체(122)에서 기판 측으로 플라즈마가 방사되게 반응 가스가 공급되는 제2 반응 가스 매니폴드(129)로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1,제2 자석(116,126)은 플라즈마 방사 반경의 증폭 환경을 제공하도록 상기 제1,제2 전극(114,124)의 상부에 배치되는 상부 자석과 제1,제2 전극(114,124)의 하부에 배치되는 하부 자석으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 상부 자석과 하부 자석의 사이에 냉각수 라인이 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1,제2 전극(114,124)은 플라즈마 방사 반경을 넓히고 집중도를 높일 수 있도록 바 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1,제2 반응 가스 매니폴드(119,129)를 통해 공급되는 반응 가스는 O₂, N₂와 같은 반응용 가스, 혹은 CH₃COOH, CH₄, CF₄, SiH₄, NH₃, TMA(tri-methyl aluminum)와 같은 증착용 가스 등이다.

이와 같은 구성의 상기 제1 플라즈마 건(110)과 제2 플라즈마 건(120)은 상기 베이스 플레이트(130)에 소정 간격을 이루며 고정되게 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스 플레이트(130)에 고정된 제1 플라즈마 건(110)과 제2 플라즈마 건(120)의 사이에는 전구체 가스 매니폴드(140)가 배치되게 설치되어 상기 기판 측으로 전구체 가스가 배출되게 전구체 가스가 공급되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 전구체 가스 매니폴드(140)에서 배출되는 전구체 가스 및 상기 제1 플라즈마 건(110)과 제2 플라즈마 건(120)에서 배출되는 반응 가스에 의해 플라즈마가 아치형으로 방사되게 하고자, 상기 전원공급기(150)에 의해 제1 플라즈마 건(110)과 제2 플라즈마 건(120)에 전원을 공급하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 플라즈마 건(110)과 제2 플라즈마 건(120)에 구비되는 전극 중 어는 하나의 전극은 양극판으로, 다른 하나의 전극은 음극판을 이루게 전원을 공급하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 전원공급기(150)는 제1,제2 전극에 직류, 교류 또는 펄스 전압을 생성하여 인가하는 파워 분배기를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1,제2 전극(114,124)에는 전원이 연결되며, 전원은 고전압의 교류, 직류, 펄스일 수 있다.

상기 제1,제2 전극(114,124)에 고전압이 인가되면, 제1,제2 전극(114,124)에는 열이 발생한다. 이러한 열을 식히기 위해 상기 냉각수 라인에 냉각수가 흐르도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 3은 HMDSO량 변경에 따른 박막 두께를 테스한 그래프로서, O₂: HMDSO의 비율을 10:1로 고정하고, 전원(Power)을 5Kw로 고정시킨 공정 조건에서 HMDSO양을 늘리면 박막 두께는 비례적으로 증가함을 알 수 있다.

도 4는 O₂량 변경에 따른 박막 두께를 테스한 그래프로서, 전원(Power)을 5Kw로 고정하고, HMDSO의 양을 고정시킨 상태에서 O₂양 비율을 늘리면 박막 두께의 큰 변화는 없지만, 적어도 최적의 O₂ 비율은 있음을 알 수 있다.

도 5는 전원(Power) 변경에 따른 박만 두께를 테스트 한 그래프로서, O₂: HMDSO의 비율을 10:1 고정하고, 전원(Power)만을 변경(증가)시에는 박막 두께 증가 또는 감소 영향상은 없음을 알 수 있다.(단, 상기 조건 외에 전원(Power) 변경에 따른 박막 두께 조절하기 위해서 공정 진공도 최적화 필요하다.)

도 6과 도 7은 ATOV PECVD SiO₂ 박막 굴절률 측정 그래프 및 테스트 사진으로, SiO₂ 박막 두께가 증가됨을 알 수 있다. 여기서, ATOV PECVD 장치로 박막 밀도 제어 가능함을 알 수 있다.(Porous < Column < Amorphous)

본 발명에 따르면, 2개의 플라즈마 건을 소정 간격으로 설치하고 그 사이에 전구체 가스 매니폴드를 설치하여 플라즈마를 방사하도록 함으로서 2개의 플라즈마 건에 의해 형성되는 아치형 플라즈마의 방사 반경을 넓히고, 집중도를 높일 수 있음으로, 기판에 증착되는 박막의 두께를 증가시킬 수 있다.

이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.

110 - 제1 플라즈마 건 112 - 제1 몸체
114 - 제1 전극 116 - 제1 자석
118 - 제1 냉각수 라인 119 - 제1 반응 가스 매니폴드
120 - 제1 플라즈마 건 122 - 제1 몸체
124 - 제1 전극 126 - 제1 자석
128 - 제1 냉각수 라인 129 - 제1 반응 가스 매니폴드
130 - 베이스 플레이트 140 - 전구체 가스 매니폴드
150 - 전원공급기

Claims (5)

1. 기판의 표면 상에 SiO₂를 코팅하기 위한 플라즈마 증착 장비로서, 상기 기판 측으로 개구되는 내부 공간을 갖는 제1 몸체와, 상기 제1 몸체의 내부 공간에 중앙으로 배치되게 설치되는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 양측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되는 복수개의 제1 자석들 및 상기 제1 자석들에 인접하게 구비되는 제1 냉각수 라인을 포함하고, 상기 제1 몸체에서 기판 측으로 플라즈마가 방사되게 반응 가스가 공급되는 제1 반응 가스 매니폴드로 이루어지는 제1 플라즈마 건; 상기 제1 플라즈마 건의 일측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되며, 상기 기판 측으로 개구되는 내부 공간을 갖는 제2 몸체와, 상기 제2 몸체의 내부 공간에 중앙으로 배치되게 설치되는 제2 전극과, 상기 제2 전극의 양측으로 소정 간격을 이루며 배치되게 설치되는 복수개의 제2 자석들 및 상기 제2 자석들에 인접하게 구비되는 제2 냉각수 라인을 포함하고, 상기 제2 몸체에서 기판 측으로 플라즈마가 방사되게 반응 가스가 공급되는 제2 반응 가스 매니폴드로 이루어지는 제2 플라즈마 건; 상기 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건이 소정 간격을 이루며 고정될 수 있는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 고정된 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건의 사이에 배치되게 설치되어 상기 기판 측으로 전구체 가스가 배출되게 전구체 가스가 공급되는 전구체 가스 매니폴드; 및 상기 전구체 가스 매니폴드에서 배출되는 전구체 가스 및 상기 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건에서 배출되는 반응 가스에 의해 플라즈마가 아치형으로 방사되게 상기 제1 플라즈마 건과 제2 플라즈마 건에 전원을 공급하되, 어느 하나의 전극은 양극판으로, 다른 하나의 전극은 음극판을 이루게 전원을 공급하는 전원공급기;로 이루어지는 공지된 플라즈마 증착 장비에 있어서,
   상기 제1 전극, 제2 전극의 상부에 배치되는 상부 자석과 하부에 배치되는 하부 자석을 포함하며, 상기 상부 자석과 하부 자석의 사이에 냉각수 라인이 구비되고, 상기 제1,제2 전극은 바 형태로 이루어지면서 플라즈마 방사 반경을 넓히고 집중도를 높일 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착 장비.
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