KR102581079B1 - 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 관한 것으로, 내측에 설치 공간이 형성되며 상부에 배출부재(311)가 구비된 챔버본체(310)에, 상기 배출부재(311)의 하부로 이격하여 기판지지플레이트(ST1)를 가지는 하나 이상의 기판지지어셈블리(ST)가 설치되는 단계와; 상기 배출부재(311)는 하부에 복수의 배출홀(316)이 형성되며, 배출부재(311)의 배출홀(316)을 통하여 제1전구체가 공급되는 단계(제1전구체 공급단계; ST-120)와, 제2전구체가 공급되는 단계(제2전구체 공급단계; ST-140)를 포함하고; 상기 기판지지어셈블리(ST)가 가열되어 히터로 작용하며, 기판지지어셈블리(ST)에 코팅층(Atomic Layer)이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법{Atomic Layer Deposition Methods for Semiconductor Process Chamber Component}
본 발명은 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자체 발열로 온도 균일도 확보가 가능하고, 2개 이상의 기판지지어셈블리를 동시에 코팅할 수 있는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글라스 등의 기판(이하에서 "기판"이라 한다) 상에 소정 두께의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(Sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(Physical vapor deposition, PVD)과, 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition, CVD) 등이 있다. 최근 반도체 소자의 디자인 룰이 급격하게 미세해짐에 따라 미세 패턴의 박막이 요구되고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커졌다. 이러한 추세로 인해 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.
ALD는 기체 분자들 간의 화학반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착방법과 유사하지만, CVD가 복수의 기체 분자들을 동시에 챔버 내로 주입하여 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, ALD는 하나의 소스 물질(제1소스물질; 제1전구체)을 포함하는 가스를 챔버 내로 주입하여 가열된 기판에 화학 흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 가스(제2소스물질; 제1전구체)를 챔버에 주입함으로써 기판 표면에서 소스 물질 사이의 화학반응에 의한 생성물이 증착된다는 점에서 차이가 있다. 이러한 ALD는 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 증착하는 것이 가능하다는 장점을 갖고 있다.
도 1은 기판에 박막을 증착하는 가공챔버의 일 예를 도시한 것이며, 도 1에 도시한 바와 같이 오븐인 가공 챔버(100)는 내부 공간(106)을 둘러싸는 챔버 보디(102)와, 샤워기 꼭지(130)와, 기판지지어셈블리(148)를 포함한다. 상기 샤워헤드(130)는 샤워헤드 베이스 및 샤워헤드 가스 분배판을 포함할 수 있다. 상기 챔버 바디(102)는 알루미늄, 스테인레스 스틸과 같은 물질로 제작된다. 챔버 바디(102)는 측벽(108)과 바닥(110)을 포함한다. 도 1에서 도면부호 116은 챔버 바디(102)를 보호하기 위해 측벽(108) 내측으로 형성된 코팅층을 도시한 것이며, 도면부호 144는 가공 챔버(100)에서 코팅층을 형성하기 위하여 기판지지어셈블리(148)에 적치된 기판을 도시한 것이다.
도 2는 기판지지어셈블리(148)의 예를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판지지어셈블리(148)는 상면에 안착되는 기판을 가열하는 기판지지플레이트(1481)와, 상기 기판지지플레이트(1481)의 하부에 구비되어 인입선(1489)을 보호하는 구동축(1483)을 포함하여 구성된다. 상기 기판지지플레이트(1481)에는 RF전극(1487)과 히터열선층(1485)이 매립되어 있으며, 상기 히터열선층(1485)에 붙어있는 단자(1488)와 인입선(1489)을 브레이징에 의해서 접합시켜 외부 전원에 연결되어 있다. 상기 히터열선층(1485)로 전기가 공급되어 기판지지어셈블리(148)가 가열된다.
도 1에 도시한 배기 포트(126)는 챔버 바디(102)에 형성되며, 내부 공간(106)을 배기펌프(128)에 연결시키며, 배기펌프(128)는 가공 챔버(100)의 내부 공간(106)의 기체를 배기시키고 압력을 조절하기 위해 작동된다. 상기 샤워헤드(130)는 다수의 배출홀(132)이 형성된 가스 분배판을 포함한다. 도 1에서 도면부호 152는 샤워헤드(130)에 형성한 표면 보호막을 도시한 것이며, 158은 가스 공급부인 가스 채널을 도시한 것이다.
기판(210)에 코팅층을 형성하는 과정은 도 3에 도시되어 있다. 기판(210)을 오븐의 챔버 바디(102) 내에 위치시키고 제1전구체(260)가 공급되어 반응에 의하여 물품(210)의 표면(205)에 흡착층(214)이 형성되며, 흡착층(214)과 반응시켜 제1코팅층(215)을 형성하기 위하여 제2전구체(265)가 공급된다. 물품(210)의 표면에 복수 층의 코팅층을 형성하기 위하여 다시 제3전구체(270)가 공급되어 제1코팅층(215)의 표면으로 제2흡착층(218)이 형성되고 제2흡착층(218)과 반응시켜 제2코팅층(220)을 형성하기 위하여 제4전구체(275)가 공급된다. 위에서 설명한 과정이 반복되어 반도체 기판이나 글라스 등의 기판(210)의 표면에 복수의 코팅층(215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250)이 형성된다.
상기 제1 및 제3전고체의 예로는 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III) 및 TiF4, 디에틸알루미늄 에톡사이드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 2차-부톡사이드, 알루미늄 트리브로마이드, 알루미늄 트리클로라이드, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄, 또는 트리스(디에틸아미도)알루미늄이 있다.
상기 제2 및 제4전고체의 예로는 H2O, O2, 또는 O3가 있다.
상기 각 단계 중에 잔여 전고체 등을 배출하기 위한 퍼징 공정이 실행된다.
기판에 코팅층을 형성하는 공정에서 기판지지어셈블리(148)와 기판 접촉이 불안정하여 기판에 온도 구배가 발생하고 결국 증착 균일도에 좋지 않은 영향을 미치게 되는 문제점이 있었으며, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 산화물 계열의 소재를 사용한 용사, Aerosol Deposition, PVD등 다양한 방법을 적용하여 표면 보호막을 적용하지만 접촉이 불안정한 문제점이 해결되지 않았으며, 균일한 표면 보호막 형성이 어려웠으며, 특히 기판지지어셈블리(148)가 AlN 재질로 이루어진 경우 지속적으로 AlFx 화합물이 발생하여 기판지지어셈블리(148)와 기판의 접촉이 불안정하게 되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개번호 제20-2011-0006739호 공개실용신안공보 대한민국 공개번호 제10-2018-0006990호 공개특허공보
본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기판지지어셈블리의 자체 발열로 온도 균일도 확보가 가능하고, 2개 이상의 기판지지어셈블리 표면에 동시에 코팅층을 형성할 수 있는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 위하여, 본 발명은 내측에 설치 공간이 형성되며 상부에 배출부재가 구비된 챔버본체에, 상기 배출부재의 하부로 이격하여 기판지지플레이트를 가지는 하나 이상의 기판지지어셈블리가 설치되는 단계와; 상기 배출부재는 하부에 복수의 배출홀이 형성되며, 배출부재의 배출홀을 통하여 제1전구체가 공급되는 단계(제1전구체 공급단계)와, 제2전구체가 공급되는 단계(제2전구체 공급단계)를 포함하고; 상기 기판지지어셈블리가 가열되어 히터로 작용하며, 기판지지어셈블리에 코팅층(Atomic Layer)이 형성되는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 제공한다.
상기에서, 배출부재는 상부에 가스주입관이 연결되는 복수의 가스주입부가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1전구체 공급단계에서 제1전구체가 공급되어 기판지지어셈블리의 표면에 흡착층이 형성되고, 상기 제2전구체 공급단계에서 공급된 제2전구체가 흡착층과 반응하여 기판지지어셈블리의 표면에 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1전구체 공급단계에서 공급되는 제1전구체는 배출부재의 가스주입부에 연결된 가스주입관으로 공급되며, 상기 제2전구체 공급단계에서 공급되는 제2전구체도 배출부재의 가스주입부에 연결된 가스주입관으로 공급되고; 제1전구체와 제2전구체는 가스주입부를 지나 각각 버퍼공간으로 유동하고 버퍼공간의 하부로 형성된 복수의 배출홀을 통하여 챔버본체 내로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1전구체 공급단계와 제2전구체 공급단계 사이에 제1전구체 공급단계에서 발생하는 기체를 배출하는 퍼징단계(제1퍼징단계)를 포함하고, 상기 제2전구체 공급단계 후에 제2전구체 공급단계에서 발생하는 기체를 배출하는 퍼징단계(제2퍼징단계)를 포함하고; 상기 제1전구체 공급단계부터 제2퍼징단계까지의 과정이 1회 이상 실시되며; 상기 제1 및 제2퍼징단계에서 공급되는 퍼징 가스는 배출부재에 연결된 가스주입관을 통하여 공급되어 가스주입부와 버퍼공간을 지나 배출홀을 통하여 챔버본체 내로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제1퍼징단계와 제2퍼징단계에서는 흡입펌프가 작동하여 가스주입관을 통하여 퍼징 가스가 공급되고, 챔버본체의 하부 일측에 설치된 배출부에 설치된 배기펌프가 작동하여 챔버본체 내의 기체가 배출되며; 흡입펌프가 작동하여 가스주입관을 통하여 퍼징 가스가 공급되고 배기펌프가 작동하여 챔버본체 내의 기체가 배출되는 과정이 1회 이상 반복되며; 상기 배기펌프 작동 후 흡입펌프가 작동하여 가스주입관을 통하여 퍼징 가스가 공급되고; 가스주입관에 분지되어 연결된 퍼징배기관에 설치된 제4밸브만 열린 상태에서 흡입펌프가 역방향으로 운전되어 공급된 퍼징 가스가 배출홀, 버퍼공간, 가스주입관을 통하고 퍼징배기관으로 역방향 배출되고; 상기 제4밸브도 닫힌 상태에서 배기펌프가 정방향 작동하여 챔버 내의 잔류 기체가 배출부를 통하여 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 의하면, 챔버 내에 기판을 코팅하는 배치로 배출부재와 기판지지어셈블리를 설치하고, 기판지지어셈블리에 전기를 공급하여 기판지지어셈블리를 자체 발열 상태를 하여 기판지지어셈블리에 코팅층을 형성하므로, 온도 균일도 확보가 가능하고, 2개 이상의 기판지지어셈블리를 설치하여 동시에 코팅층을 형성할 수 있으며, 샤워헤드가 가열되어 증착성이 향상되며, 샤워워헤드의 배출홀은 물론 내부까지 코팅층이 균일하게 형성되어 수명이 향상되며, 기판에 원자층을 증착하는데 사용하여 접촉 불량 등에 의한 기판의 제조 불량이 방지된다.
도 1은 반도체에 박막을 증착하는 가공챔버의 일 예를 도시한 개략적인 단면도이며,
도 2는 기판지지어셈블리의 일 예를 도시한 것이며,
도 3은 다층의 원자층 증착 기술을 설명하기 위한 증착 공정을 도시한 것이며,
도 4는 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 설명하기 위한 챔버 및 챔버 부품을 도시한 개략적으로 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 설명하기 위하여 도시한 것으로, 복수의 기판지지어셈블리가 설치된 상태를 도시한 것이며,
도 6은 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 도시한 순서도이며,
도 7은 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 설명하기 위하여 도시한 것으로 다른 구조의 배출부재가 설치된 것을 도시한 것이다.
본 발명의 설명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명의 설명에 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 발명의 설명에 사용되는 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명의 설명에 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 설명에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 설명하기 위한 챔버 및 챔버 부품을 도시한 개략적으로 도면이며, 도 5는 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 설명하기 위하여 도시한 것으로 복수의 기판지지어셈블리가 설치된 상태를 도시한 것이며, 도 6은 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 도시한 순서도이며, 도 7은 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 설명하기 위하여 도시한 것으로 다른 구조의 배출부재가 설치된 것을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법이 실행되는 챔버(300)는 내부에 설치 공간이 형성된 챔버본체(310)를 포함한다. 도 3에서 도면부호 382는 퍼징배기관(380)을 통하여 유출되는 방향으로만 유체가 유동되도록 하는 체크밸브를 도시한 것이며, 도면부호 390은 4-way 밸브를 도시한 것이다. 상기 챔버본체(310)는 내부에 설치 공간이 형성된다.
도 4에서 4-way 밸브(390)를 구비하지 않고, 퍼지가스공급부(375)와, 제1전구체공급부(355)와, 제2전구체공급부(365)가 별도의 배관으로 가스주입부(SH2)에 연결되고, 각각에 흡입펌프가 구비될 수 있고, 퍼징배기관(380)도 직접 가스주입부(SH2)에 연결될 수 있다. 다양한 배관 배열로 연결이 가능하며, 도 4는 예시적으로 도시한 한 예이다.
상기 챔버본체(310) 내에 원자층 증착을 위한 배출부재(311)가 설치된다. 챔버본체(310)에 배출부재(311)의 하부로 이격되어 기판지지어셈블리(ST)가 설치된다. 상기 기판지지어셈블리(ST)는 복수로 설치될 수 있다. 상기 기판지지어셈블리(ST)는 예를 들어 AlN재질이나 SUS로 이루어질 수 있다. 상기 기판지지어셈블리(ST)의 기판지지플레이트(ST1)는 배출부재(311)와 마주하도록 설치된다.
상기 배출부재(311)는 배출부재본체(312), 가스주입부(314), 버퍼공간(318), 배출홀(316)을 포함한다. 상기 가스주입부(314)에 가스주입관이 연결된다. 도 5에는 가스주입부(314)의 일부가 도시되어 있다.
상기 가스주입부(314)는 중공체이며, 가스주입 통로 주위에 가스주입부(314)의 길이 방향으로 삽입되어 히터가 하나 이상 구비되고, 온도를 센싱하는 온도센서가 구비될 수 있다.
상기 배출부재(311)는 하부에 넓은 면적을 가지도록 구비되며, 상부에 복수의 가스주입부(314)가 구비될 수 있다. 복수의 가스주입부(314)가 구비되어 하부에 형성된 배출홀(316)을 통하여 고르게 가스가 배출될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 배출부재(311)에 배출홀(316-1, 316)이 상하로 형성되어 배출되는 가스가 더 고르게 분산되어 배출될 수 있다. 상하로 형성된 배출홀(316-1, 316)은 도 7에 도시된 바와 같이 서로 어긋난 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 기판지지어셈블리(ST)의 구동축(ST2)을 지나는 인입선(도시하지 않음)을 통하여 히터열선층(도시하지 않음)에 전기가 공급되어 기판지지플레이트(ST1)가 가열되어 기판지지어셈블리(ST)가 자체 발열하여 히터로 작용한다.
상기 기판지지어셈블리(ST)는 히터로 작용하며 증착시 500℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다.
상기 배출부재(311)는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 증착시 챔버본체(310)에 설치되는 샤워헤드(SH)로 하는 것도 가능하다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 배출부재(311)의 예로서 샤워헤드(SH)가 설치되어 기판지지어셈블리(148)에 코팅층을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.
상기 샤워헤드(SH)는 샤워헤드본체(SH1), 기체주입부(SH2), 버퍼공간(SH3), 배출홀(SH4)을 포함한다. 상기 기체주입부(SH2)에 가스주입관(SH5)이 연결된다.
상기 샤워헤드본체(SH1)의 내부에는 가스주입관(SH5)의 하부로 버퍼공간(SH3)이 형성되며, 샤워헤드본체(SH1)의 저면에는 버퍼공간(SH3)으로부터 하향 개구하도록 복수의 배출홀(SH4)이 형성된다. 상기 샤워헤드(SH)는 상부가 챔버본체(310)의 상측에 고정된다. 상기 샤워헤드(SH)에 버퍼공간(SH3)이 구비되어 먼저 버퍼공간(SH3)으로 가스가 유동하고 버퍼공간(SH3)을 지나 각 배출홀(SH4)을 통하여 배출되므로 가스가 균일하게 배출된다.
따라서, 가스주입관(SH5)을 통해 유입된 반응가스 또는 퍼징가스는 기체주입부(SH2)를 지나 샤워헤드본체(SH1)의 버퍼공간(SH3)으로 유입된 다음, 각각의 배출홀(SH4)을 통해 챔버본체(310) 내부로 배출된다.
상기 기체주입부(SH2)에는 하나 이상의 히터(HT)가 구비된다. 상기 히터(HT)는 기체주입부(SH2)에 원주 방향을 따라 이격되어 복수로 구비된다. 상기 히터(HT)는 기체주입부(SH2)에 길이 방향을 따라 삽입되어 구비된다. 상기 히터(HT)가 4개 구비되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 2개, 3개 등으로 구비될 수 있다. 상기 기체주입부(SH2)에는 기체주입부(SH2)의 온도를 센싱하는 온도계(TC)가 구비될 수 있다. 상기 샤워헤드(SH)에 히터(HT)가 구비되어 전구체가 가열되어 배출되므로 불량 발생이 방지되고 코팅층이 더 균일하게 형성될 수 있다.
상기 가스주입관(SH5)에 원자층 증착을 위한 퍼지가스공급부(375), 제1전구체공급부(355), 제2전구체공급부(365)로 연결된 배관이 연결된다. 퍼지가스공급부(375), 제1전구체공급부(355), 제2전구체공급부(365)로 연결된 각 배관에는 각각 유체의 흐름을 개폐하는 제1밸브(356), 제2밸브(366), 제3밸브(376)가 구비된다. 상기 4-way밸브(390)에서 유체의 흐름이 제어된다.
도 4에서 도면부호 381은 퍼징배기관(380)을 개폐하는 제4밸브를 도시한 것이다.
도 4 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 4에서 도면 부호 FD는 가스의 흐름을 시각적으로 설명하기 위하여 도시한 화살표이다.
도 6은 본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 챔버본체(310) 상부에 샤워헤드(SH)가 설치된다(ST-110). 상기 샤워헤드(SH)는 샤워헤드본체(SH1)의 배출홀(ST4)이 하향 개구하도록 설치된다. 상기 샤워헤드(SH)의 하부로 챔버본체(310)에 기판지지어셈블리(ST)가 설치된다. 상기 기판지지어셈블리(ST)는 기판지지플레이트(ST1)가 샤워헤드본체(SH1)와 마주하는 방향인 상향하여 설치된다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기 기판지지어셈블리(ST)는 복수개 설치될 수 있다.
기판지지어셈블리(ST)가 가열되고 샤워헤드(SH)의 가스주입관(SH5)을 통하여 제1전구체가 공급된다(ST-120).
이를 더욱 상세하게 설명하면, 제1전구체공급부(355)의 제1전구체를 공급하기 위하여 제1밸브(356)는 열리고, 제2밸브(366), 제3밸브(376) 및 제4밸브(381)는 닫힌 상태에서 흡입펌프(340)가 작동된다.
그러면, 제1전구체는 샤워헤드(SH)의 가스주입관(SH5)을 통하여 버퍼공간(SH3)으로 유입된 다음, 각각의 배출홀(SH4)을 통해 챔버본체(310)로 배출된다.
제1전구체의 예로는 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III) 및 TiF4, 디에틸알루미늄 에톡사이드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 2차-부톡사이드, 알루미늄 트리브로마이드, 알루미늄 트리클로라이드, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄, 또는 트리스(디에틸아미도)알루미늄을 들 수 있다.
배출된 제1전구체는 자체 가열된 기판지지어셈블리(ST) 표면과 화학적 반응을 일으켜 기판지지어셈블리(ST) 표면에 제1흡착층이 형성된다. 기판지지어셈블리(ST)가 자체 가열되어 히터로 작용하고 자체 가열되므로 높은 온도 균일도를 가지며, 기판지지어셈블리(ST) 표면에 제1전구체의 제1흡착층이 형성되므로 제1흡착층은 균일하게 형성된다.
배출된 제1전구체는 샤워헤드(SH)의 표면과 화학적 반응을 일으켜 샤워헤드(SH)의 표면에도 제1흡착층이 형성된다. 상기 제1전구체가 샤워헤드(SH)의 가스주입관(SH5)을 통하여 챔버본체(310) 내로 주입되므로, 버퍼공간(SH3)과 배출홀(SH4)과 같은 내부에도 제1흡착층이 형성될 수 있다.
그 다음, 챔버본체(310)의 내측에 잔류하고 있는 제1전구체를 배출하도록 제1퍼징단계가 수행된다(ST-130).
이를 다시 설명하면, 제어부로부터의 신호에 의하여 오픈된 제1벨브(356)가 닫히고, 제3밸브(376)가 오픈된다. 이때, 제2밸브(366) 및 제4밸브(381)는 닫힌 상태로 유지된다.
제3밸브(376)가 오픈된 상태에서 흡입펌프(340)가 작동된다. 그러면, 퍼징가스공급부(375)의 퍼징 가스는 기체주입관(SH5)을 통해 공급된다.
제3밸브(376)가 오픈됨에 따라, 퍼지가스공급부(375)의 퍼징 가스는 기체주입관(SH5)을 통해 버퍼공간(SH3)으로 유입된 다음, 각각의 배출홀(SH4)을 통해 챔버본체(310)로부터 배출된다. 그리고, 배출부(330)에 설치된 배기펌프(335)가 작동되면 반응하지 않은 제1전구체 및/또는 표면-전구체 반응 잔류물과 퍼징 가스가 챔버본체(310)의 저면 일측에 설치된 배출부(330)를 통해 외부로 배출된다.
설정 시간이 경과된 다음, 제1밸브(356), 제2밸브(366) 및 제3밸브(376)는 닫히고, 제4밸브(381)가 오픈된 상태에서 흡입펌프(340)가 작동된다. 흡입펌프(340)는 역방향으로 작동하여 챔퍼본체(310)의 내부에 공급된 퍼징 가스가 배출홀(SH4), 버퍼공간(SH3), 가스주입관(SH5)을 통하여 퍼징배기관(380)으로 배출된다. 그러면, 배출홀(SH4) 및 버퍼공간(SH3)을 퍼징하게 되므로 챔퍼본체(310)뿐만 아니라 샤워헤드(SH)의 내부까지 잔류물이 남지 않게 된다(ST-130).
제1퍼징단계(ST-130)가 완료되면, 챔퍼본체(310)의 내부에 제2전구체가 공급된다(ST-140; 제2전구체 공급단계).
제1전구체에 의하여 제1흡착층 형성되고, 제1흡착층과 반응시키기 위한 제2전구체가 공급되어 기판지지어셈블리(ST) 표면에 코팅층이 형성된다. 제2전구체의 예로 H2O, O2, 또는 O3를 들 수 있다.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 제어부로부터의 명령에 의하여 제2밸브(366)를 오픈되고, 제1밸브(356), 제3밸브(376) 및 제4밸브(381)를 닫힌 상태에서 흡입펌프(340)가 작동된다. 제2전구체 공급부(365)로부터 제2전구체가 샤워헤드(SH)의 가스주입관(SH5)에 공급된다. 그러면, 제2전구체는 샤워헤드(SH)의 가스주입관(SH5)을 통하여 버퍼공간(SH3)으로 유입된 다음, 각각의 배출홀(SH4)을 통해 챔버본체(310)로 내로 배출된다.
배출된 제2전구체는 기판지지어셈블리(ST) 표면에 흡착된 제1흡착층과 화학적 반응을 일으켜 기판지지어셈블리(ST) 표면에 코팅층이 형성된다(ST-140; 제2전구체 공급 단계). 상기 제2전구체는 샤워헤드(SH)에 형성된 제1흡착층과 화학적 반응을 일으켜 샤워헤드(SH)에 코팅층이 형성된다.
코팅층 형성이 완료되면, 챔버본체(310)의 내측에 잔류하고 있는 제2전구체를 배출하도록 제2퍼징단계가 수행된다(ST-150).
이를 다시 설명하면, 제어부로부터의 명령에 의하여 오픈된 제2벨브(366)가 닫히고, 제3밸브(376)는 오픈된다. 이때, 제1밸브(356) 및 제4밸브(381)는 닫힌 상태를 유지한다.
제3밸브(376)가 오픈되고 흡입펌프(34)가 작동되어, 퍼지가스공급부(375)의 퍼징 가스는 기체주입관(SH5)을 통해 버퍼공간(SH3)으로 유입된 다음, 각각의 배출홀(SH4)을 통해 챔버본체(310) 내로 배출된다. 그리고 배기펌프(335)가 작동되면 반응하지 않은 제2전구체 및/또는 표면-전구체 반응 잔류물과 퍼징 가스가 챔버본체(310)의 저면 일측에 설치된 배출부(330)를 통해 외부로 배출된다.
설정된 시간 동안 퍼징 가스의 배출이 되고, 오픈되어 있던 제3밸브(376)가 닫힌다. 이때, 배기펌프(335)는 계속해서 작동하므로 챔버본체(310)의 내부는 음압상태로 변화될 수 있다.
챔버본체(310)의 내부가 음압 상태에 도달하면, 닫혔던 제3밸브(376)는 다시 오픈된다. 이때, 제1밸브(356), 제2밸브(366) 및 제4밸브(381)는 닫힌 상태를 유지한다.
제3밸브(376)를 오픈시킨 상태에서 흡입펌프(340)가 작동되면, 퍼징가스공급부(375)의 퍼징 가스는 기체주입관(SH5)을 통해 챔버본체(310)의 내부로 공급된다. 설정 시간이 경과되면, 제1밸브(356), 제2밸브(366) 및 제3밸브(376)는 닫히고, 제4밸브(381)가 오픈한 상태에서 흡입펌프(340)가 작동된다. 이때, 흡입펌프(340)는 역방향으로 작동된다. 그러면, 챔퍼본체(310)의 내부에 공급된 퍼징 가스는 배출홀(SH4), 버퍼공간(SH3), 가스주입관(SH5)을 통하여 퍼징배기관(380)으로 배출시킨다. 샤워헤드(SH)의 배출홀(SH4) 및 버퍼공간(SH3)이 퍼징되므로 챔퍼본체(310)뿐만 아니라 샤워헤드(SH)의 내부까지 잔류물이 남지 않게 된다(ST-150; 제2퍼징단계).
상기 제1전구체 공급단계(ST-120), 제1퍼징단계(ST-130), 제2전구체 공급단계(ST-140), 제2퍼징단계(ST-150)는 한 사이클을 이루며, 복수의 사이클로 반복되어 수행될 수 있다.
이때, 제1전구체는 최초의 제1전구체 공급단계(ST-120)에서 공급된 제1전구체와 다른 물질일 수도 있다. 또한, 반복되어 공급되는 제2전구체는 최초의 제2전구체 공급단계(ST-140)에서 공급된 제2전구체와 다른 물질일 수도 있다.
한편, 제1전구체 공급단계(ST-120)부터 제2퍼징단계(ST-150)가 2회 이상 실시되는 경우에는 가장 마지막 제2퍼징단계(ST-150) 후 어닐링이 실시된다.
상기 기판지지어셈블리가(ST)가 샤워헤드(SH)와 함께 챔버 내에 설치되어 그 자체가 히터로 작용하므로 균일하게 가열될 수 있고, 기판지지어셈블리가(ST)에 원자층 증착에 의한 코팅층이 균일하게 형성될 수 있다. 따라서 온도 불균일에 의한 불량 발생이 방지된다. 상기에서 히터로 작용하는 기판지지어셈블리가(ST)에 더하여 챔버본체(310)의 측면에는 챔버가열부(320)가 더 포함되어, 원자층 증착 과정에서 챔버가열부(320)가 작동하여 가열될 수도 있다.
본 발명에 따르는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법에 의하면, 기판지지어셈블리(ST)의 자체 발열로 온도 균일도 확보가 가능하고, 따라서 기판지지어셈블리(ST)에 균일한 두께의 코팅층이 형성될 수 있으며, 불균일한 가열에 의한 불량이 방지되고, 2개 이상의 기판지지어셈블리(ST)를 동시에 코팅할 수 있으며, 샤워헤드(SH)가 가열되어 증착성이 향상되며, 샤워헤드(SH)의 배출홀은 물론 내부까지 코팅층이 균일하게 형성되어 수명이 향상되고 반도체 제조 고정에 사용되어 기판의 제조 불량을 방지할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 기판지지어셈블리(ST)에 포함된 코팅층에 대한 균일도를 측정하였으며, 임의의 3개소에서 측정된 값은 아래 표와 같다.
개소 제1개소 제2개소 제3개소 평균
코팅층 두께 480.7㎚ 480.7㎚ 480.7㎚ 480.7㎚
위 표1에서와 같이 코팅층의 두께가 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있다.
80℃ 내지 190℃ 범위에서 10℃씩 증가시키면서 반복 열처리를 실시하고 각 온도에서 30분간 유지한 상태에서 열저항 충격 시험을 하였으며, 크랙이 발생하지 않는 것이 확인되었다. 열충격에 의한 크랙 발생 여부는 임피던스를 측정하여 다시 확인하였으며 높은 저항(4.3㏀)이 유지되었다.
더 높은 온도인 220℃∼450℃(승온 30min, 유지 60min, 공냉)에서, 220, 240, 260, 280, 300, 330, 360, 390, 420, 450℃에서 동일 시편을 총10단계 진행하였으며, 모든 온도에서 크랙은 발생하지 않았다.
300 : 챔버 310 : 챔버본체
320 : 챔버가열부 330 : 배출부
340 : 흡입펌프 355 : 제1전구체 공급부
356 : 제1밸브 365 : 제2전구체 공급부
366 : 제2밸브 375 : 퍼징가스공급부
376 : 제3밸브 380 : 퍼징배기관
381 : 제4밸브 SH : 샤워헤드
SH1 : 샤워헤드본체 SH2 : 기체주입부
SH3 : 버퍼공간 SH4 : 배출홀
SH5 : 가스주입관 ST : 기판지지어셈블리
ST1 : 기판지지플레이트 ST2 : 구동축

Claims (7)

  1. 내측에 설치 공간이 형성되며 상부에 배출부재(311)가 구비된 챔버본체(310)에, 상기 배출부재(311)의 하부로 이격하여 기판지지플레이트(ST1)를 가지는 하나 이상의 기판지지어셈블리(ST)가 설치되는 단계와;
    상기 배출부재(311)는 하부에 복수의 배출홀(316)이 형성되며, 배출부재(311)의 배출홀(316)을 통하여 제1전구체가 공급되는 단계(제1전구체 공급단계; ST-120)와, 제2전구체가 공급되는 단계(제2전구체 공급단계; ST-140)와, 상기 제1전구체 공급단계(ST-120)와 제2전구체 공급단계(ST-140) 사이에 제1전구체 공급단계(ST-120)에서 발생하는 기체를 배출하는 제1퍼징단계(ST-130)와, 상기 제2전구체 공급단계(ST-140) 후에 제2전구체 공급단계(ST-140)에서 발생하는 기체를 배출하는 제2퍼징단계(ST-150)를 포함하고;
    상기 제1전구체 공급단계(ST-120)부터 제2퍼징단계(ST-150)까지의 과정이 1회 이상 실시되며;
    상기 제1전구체 공급단계(ST-120)에서 공급되는 제1전구체는 배출부재(311)의 가스주입부(314)에 연결된 가스주입관으로 공급되며, 상기 제2전구체 공급단계(ST-140)에서 공급되는 제2전구체도 배출부재(311)의 가스주입부(314)에 연결된 가스주입관으로 공급되고; 제1전구체와 제2전구체는 가스주입부(314)를 지나 각각 버퍼공간(318)으로 유동하고 버퍼공간(318)의 하부로 형성된 상기 복수의 배출홀(316)을 통하여 챔버본체(310) 내로 공급되며;
    상기 제1퍼징단계(ST-130)와 제2퍼징단계(ST-150)에서는 가스주입관에 설치된 흡입펌프(340)가 작동하여 퍼징 가스가 상기 가스주입관을 통하고 배출부재(311)의 가스주입부(314)와 버퍼공간(318)을 지나 배출홀(316)을 통하여 챔버본체(310) 내로 공급되고, 챔버본체(310)의 하부 일측의 배출부(330)에 설치된 배기펌프(335)가 작동하여 챔버본체(310) 내의 기체가 배출되며;
    상기 배기펌프(335) 작동 후 흡입펌프(340)가 작동하여 가스주입관을 통하여 퍼징 가스가 공급되고, 퍼징배기관(380)을 통하여 역방향 배출되고;
    퍼징배기관(380)에 설치된 제4밸브(381)도 닫힌 상태에서 배기펌프(335)가 정방향 작동하여 챔버 내의 잔류 기체가 배출부(330)를 통하여 배출되며;
    상기 기판지지어셈블리(ST)가 가열되어 히터로 작용하며, 기판지지어셈블리(ST)에 코팅층(Atomic Layer)이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법.
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  3. 제1 항에 있어서, 상기 배출부재(311)에 형성되는 배출홀은 상하로 복수의 층을 이루어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법.
  4. 제1 항 또는 제3 항에 있어서, 상기 제1전구체 공급단계(ST-120)에서 제1전구체가 공급되어 기판지지어셈블리(ST)의 표면에 흡착층이 형성되고, 상기 제2전구체 공급단계(ST-140)에서 공급된 제2전구체가 흡착층과 반응하여 기판지지어셈블리(ST)의 표면에 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 챔버 부품 원자층 증착 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110006739U (ko) 2009-12-29 2011-07-06 주식회사 케이씨텍 원자층 증착장치용 샤워헤드 유닛
KR20180006990A (ko) 2016-04-27 2018-01-19 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 반도체 공정 챔버 부품들을 위한 보호 코팅들의 원자층 증착
KR20220084880A (ko) * 2020-12-14 2022-06-21 (주)티티에스 히터 및 샤워헤드의 원자층 박막 코팅을 위한 원자층 박막 증착 코팅 장치

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