KR20040048618A - Atomic layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 박막 증착 전후에 플라즈마 처리가 가능한 원자층 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer deposition (ALD) apparatus, and more particularly, to an atomic layer deposition apparatus capable of plasma treatment before and after thin film deposition.
Device가 점점 고집적화됨에 따라 불순물이 적고 우수한 step coverage를 가지는 박막 증착이 요구되어지고 있다. 박막의 증착 방법으로는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)등 여러 방식이 있으며 또한 많이 사용되어지고 있다. 이 중 원자층 증착법의 경우 불순물의 유입을 최대한 억제하고 균일한 두께의 박막을 증착하기 위해 많이 사용되어 지고 있다.As devices are increasingly integrated, thin film deposition with less impurities and excellent step coverage is required. As a method of depositing a thin film, there are various methods such as chemical vapor deposition and atomic layer deposition, which are widely used. Among them, the atomic layer deposition method has been widely used to minimize the inflow of impurities and to deposit a thin film of uniform thickness.
이 원자층 증착을 위한 증착 장비에는 샤워헤드 타입(shower head type)의 반응장치(reactor)가 많이 사용되어져 왔다. 하지만, 이 장치는 기판의 부위에 따라 가스의 flow rate이 달라지게 되고 공급되는 가스의 유량에도 차이가 발생하여 기판 중심 부위와 외곽부위에 증착되는 막의 두께가 달라지게 된다. 더구나 기판 크기가 점점 대형화함에 따라 균일한 박막 두께의 조절이 더 힘들어지는 등의 문제점이 있다.In the deposition equipment for atomic layer deposition, a shower head type reactor has been widely used. However, in this device, the flow rate of the gas varies according to the part of the substrate, and the difference in the flow rate of the supplied gas causes the thickness of the film deposited on the center portion and the outer portion of the substrate. Moreover, as the size of the substrate becomes larger and larger, there is a problem that it becomes more difficult to control the uniform thin film thickness.
이에 따라 최근에는 샤워헤드 방식의 문제점을 해결하기 위해 트레블링 웨이브(traveling wave) 방식의 반응장치(reactor)가 개발되고 있다.Accordingly, recently, a traveling wave type reactor has been developed to solve the problem of the showerhead type.
도 1은 트레블링 웨이브 타입의 반응장치(Traveling Wave Reactor;10)에서 리모트 플라즈마(remote plasma)를 구성한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a remote plasma in a traveling wave reactor 10 of a traveling wave type.
이 장치(10)는 리모트 플라즈마를 이용하여 활성화시킨 gas로 plasma 처리 혹은 cleaning을 실시할 수 있다. 이러한 방식은 이미 사용되고 있긴 하지만 챔버 내부(12)와 플라자마 소스(plasma source;14)와의 거리가 멀어지기 때문에 플라즈마(plasma) 효율성 측면에서 문제가 될 수 있다. 즉 플라즈마에 의해 만들어진 활성화된 가스 radical들이 챔버(12) 내부로 이송되는 도중 life-time이 짧아 소멸되어 버리기 때문에 최대한 플라즈마 소스와 챔버와의 거리를 가깝게 하여야 한다.The device 10 may perform plasma treatment or cleaning with gas activated using a remote plasma. Although this method is already used, the distance between the chamber interior 12 and the plasma source 14 may be a problem in terms of plasma efficiency. That is, since the life-time is shortened and disappeared while the activated gas radicals generated by the plasma are transferred into the chamber 12, the distance between the plasma source and the chamber should be as close as possible.
하지만 그렇게 한다 해도 챔버 내부에서 plasma를 형성시키는 샤워헤드 타입의 반응장치에서의 다이렉트 플라즈마(direct plasma)와 비교해서는 플라즈마의 효율이 떨어질 수 밖에 없다. 또한 챔버 외부에 플라즈마 장치를 구비해야 하므로 공간을 많이 차지하고 설비 구성이 복잡해지는 단점이 있다.However, even if it does so, the efficiency of the plasma is inevitably deteriorated compared to the direct plasma in the showerhead type reactor which forms plasma in the chamber. In addition, since the plasma apparatus must be provided outside the chamber, it takes up a lot of space and has a disadvantage in that the facility configuration is complicated.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 트레블링 웨이브 방식의 반응장치에서 증착과 증착 전후에 플라즈마 처리를 실시할 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide an atomic layer deposition apparatus capable of performing plasma treatment before and after deposition in a traveling wave type reaction apparatus.
도 1은 일반적인 게이트 밸브를 보여주는 도면;1 shows a typical gate valve;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 밸브의 사이도;2 is a diagram of a gate valve according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 밸브가 모듈들 사이에 설치된 상태를 보여주는 도면;3 is a view showing a state in which a gate valve is installed between modules according to a preferred embodiment of the present invention;
도 4는 도 3에서 밸브 하우징의 일부는 절개한 도면;FIG. 4 is a view of a portion of the valve housing in FIG. 3;
도 5는 모듈들로부터 분리되는 게이트 밸브를 보여주는 도면이다.5 shows a gate valve separated from the modules.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
110 : 반응 챔버110: reaction chamber
112 : 하부 블록112: lower block
114 : 상부 블록114: upper block
115 : 반응 공간115: reaction space
118 :118:
120 : 승강장치120: lifting device
130 : 반응가스 공급라인130: reaction gas supply line
132 : 반응가스 배기라인132: reaction gas exhaust line
140 : 에너지 공급부140: energy supply unit
142 : 플라즈마 가스공급라인142: plasma gas supply line
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 원자층 증착 장치는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되는 그리고 웨이퍼가 놓여지는 하부 블록과; 상기하부 블록과 함께 반응공간을 제공하는 상부 블록; 상기 상부 블록과 하부 블록에 의해 형성된 반응공간으로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부; 상기 반응공간으로 공급된 반응가스를 챔버 외부로 배기시키기 위한 가스배기부 및; 상기 웨이퍼에 박막을 증착하거나 증착 후 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위해 상기 상부 블록에 플라즈마 파워를 제공하는 에너지 공급부를 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, an atomic layer deposition apparatus includes a chamber; A lower block installed inside the chamber and on which a wafer is placed; An upper block providing a reaction space together with the lower block; A gas supply unit for supplying a reaction gas into the reaction space formed by the upper block and the lower block; A gas exhaust unit for exhausting the reaction gas supplied to the reaction space to the outside of the chamber; And an energy supply unit for depositing a thin film on the wafer or providing plasma power to the upper block for plasma processing of the wafer after deposition.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 웨이퍼 상으로 플라즈마 형성을 위한 플라즈마 가스를 공급하는 가스 공급라인을 더 포함한다.In an embodiment of the present invention, it further comprises a gas supply line for supplying a plasma gas for plasma formation on the wafer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부 블록에는 플라자마 형성을 위한 플라즈마 가스를 공급하기 위한 가스 공급라인이 연결되고, 상기 상부 블록은 상기 가스 공급라인으로부터 공급받은 플라즈마 가스를 상기 웨이퍼상으로 균일하게 분사할 수 있도록 다수의 가스 분사공들을 갖는 샤워헤드 타입으로 이루어진다. 상기 상부 블록에는 박막 증착시 상기 반응 가스가 상기 가스 분사공들로 역류하는 것을 방지하기 위해 상기 가스 공급라인을 통해 불활성 가스가 공급된다.In an embodiment of the present invention, the upper block is connected to a gas supply line for supplying a plasma gas for forming a plama, the upper block is uniformly the plasma gas supplied from the gas supply line onto the wafer It is of a showerhead type having a plurality of gas injection holes to be able to spray. The upper block is supplied with an inert gas through the gas supply line to prevent the reaction gas from flowing back into the gas injection holes when the thin film is deposited.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상부 블록 또는 상기 하부 블록중 적어도 하나를 상하 이동시키기 위한 승강 장치를 갖는다. 상기 챔버에는 상기 웨이퍼의 플라즈마 처리시 플라즈마 가스가 배기될 수 있도록 배기포트가 형성된다.In an embodiment of the present invention, there is a lifting device for vertically moving at least one of the upper block or the lower block. An exhaust port is formed in the chamber so that plasma gas may be exhausted during plasma processing of the wafer.
예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.For example, the embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. These examples are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a more clear description.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5. In addition, in the drawings, the same reference numerals are denoted together for components that perform the same function.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치는 반응가스가 한쪽 측면에서 반대쪽 측면으로 가스가 플로우되면서 웨이퍼상에 박막을 증착하는 트레블링 웨이브(traveling wave) 방식의 반응장치 내부에 다이렉트 플라즈마를 구성하여 , 박막 증착 전후에 웨이퍼에 플라즈마 처리를 실시할 수 있는 장치를 제공한다.2 and 3, the atomic layer deposition apparatus according to the present invention is a traveling wave type reaction in which a reaction gas is deposited on a wafer while the gas flows from one side to the other side. A direct plasma is formed inside the apparatus, and the apparatus which can perform a plasma process on a wafer before and after thin film deposition is provided.
상기 원자층 증착 장치(100)는 반응 챔버(110) 내부에 웨이퍼(W)가 놓여지는 하부 블록(112)이 설치되며, 이 하부 블록(112)은 승강장치(120)에 의해 상하 이동 가능하다. 웨이퍼상에 박막을 증착하는 단계에서는 상기 하부 블록(112)이 상기 상부블록(114)에 밀착되고(도 3참조), 웨이퍼에 플라즈마를 처리하는 단계에서는 상기 하부 블록(112)이 상기 상부 블록(114)으로부터 떨어진다.(도 2참조) 상기 하부 블록(112)의 업/다운 상태는 도 2 및 도 3에서 각각 도시하고 있다. 예컨대, 상기 승강장치(120)는 벨로우즈 또는 실린더로 이루어질 수 있다.The atomic layer deposition apparatus 100 has a lower block 112 in which the wafer W is placed in the reaction chamber 110, and the lower block 112 is movable up and down by the elevating device 120. . In the step of depositing a thin film on the wafer, the lower block 112 is in close contact with the upper block 114 (see FIG. 3), and in the step of processing plasma on the wafer, the lower block 112 is formed in the upper block ( 114). The up / down states of the lower block 112 are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. For example, the elevating device 120 may be formed of a bellows or a cylinder.
상기 상부 블록(114)은 상기 하부 블록(112)의 상부에 위치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부 블록(112)이 승강 장치(120)에 의해 상기 상부 블록(114)과 밀착되면, 상기 하부 블록(112)과 상부 블록(114) 사이에는 반응 공간(115)이 만들어진다. 이 반응 공간(115)에는 웨이퍼(W)상에 소정의 박막을 증착시킬 수 있는 반응 가스가 웨이퍼(W)의 윗면과 수평한 방향으로 흐르게 된다. 이 반응가스는 반응가스 공급라인(130)을 통해 공급된다. 상기 반응가스 공급라인(130)은 상기 반응 챔버(110)의 측면에 위치되며, 상기 상부 블록(114)의 일측면에 연결된다. 상기 반응가스는 상부 블록(114)의 일측면에 형성된 수평 분사홀(116)을 통해 상기 반응 공간(115)으로 공급된다. 상기 웨이퍼(W)상에는 상기 반응 가스가 흐르면서 증착이 이루어지고, 이 반응가스는 상기 상부 블록(114)의 타측면(수평 분사홀과 대응되면 면)에 설치된 상기 반응가스를 배기시키기 위한 반응가스 배기라인(132)으로 배기된다.The upper block 114 is located above the lower block 112. As shown in FIG. 3, when the lower block 112 is in close contact with the upper block 114 by the elevating device 120, the reaction space 115 is disposed between the lower block 112 and the upper block 114. ) Is made. In the reaction space 115, a reaction gas capable of depositing a predetermined thin film on the wafer W flows in a direction parallel to the upper surface of the wafer W. FIG. This reaction gas is supplied through the reaction gas supply line 130. The reaction gas supply line 130 is located at the side of the reaction chamber 110 and is connected to one side of the upper block 114. The reaction gas is supplied to the reaction space 115 through a horizontal injection hole 116 formed on one side of the upper block 114. The reaction gas flows on the wafer W to deposit the reaction gas, and the reaction gas is exhausted to exhaust the reaction gas installed on the other side of the upper block 114 (the surface corresponding to the horizontal injection hole). Exhaust to line 132.
한편, 본 발명은 상기 반응공간(115)에서의 박막증착 공정 전후에 상기 상부/하부 블록 내부의 세정 및 상기 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위하여 상기 상부 블록(114)에 플라즈마 파워를 제공하는 에너지 공급부(140)와, 상기 웨이퍼 상으로 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스공급라인(142)을 갖는다. 상기 플라즈마 가스에는 Ar, H2, NH3, SiH4, N2 등이 사용될 수 있다.Meanwhile, the present invention provides an energy supply unit 140 that provides plasma power to the upper block 114 for cleaning the inside of the upper and lower blocks and plasma processing of the wafer before and after the thin film deposition process in the reaction space 115. And a plasma gas supply line 142 for supplying a plasma gas onto the wafer. Ar, H 2, NH 3, SiH 4, N 2, and the like may be used for the plasma gas.
좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 상부 블록(114)은 샤워헤드 타입으로 이루어지며, 플라즈마 처리 단계에서는 하나의 전극으로 활용될 수 있다. 즉, 상기 상부 블록(114)에는 에너지 공급부(140)로부터 플라즈마 파워를 제공받으며, 플라즈마 형성을 위한 플라즈마 가스를 공급하기 위한 플라즈마가스 공급라인(142)이 연결된다. 상기 플라즈마 가스는 상기 상부 블록(114)에 형성된 다수의 수직 분사홀(118)들을 통해 상기 웨이퍼상으로 플라즈마 가스를 공급한다. 한편, 플라즈마 처리시에는 공정의 효율성을 높이기 위하여, 상기 공정챔버(110)에는 플라즈마 가스가 배기될 수 있는 별도의 배기 포트(119)를 구성하는 것이 바람직하다.In more detail, the upper block 114 is formed of a showerhead type, and may be used as one electrode in the plasma treatment step. That is, the upper block 114 receives the plasma power from the energy supply unit 140 and is connected to the plasma gas supply line 142 for supplying the plasma gas for plasma formation. The plasma gas supplies the plasma gas onto the wafer through the plurality of vertical injection holes 118 formed in the upper block 114. On the other hand, in order to increase the efficiency of the process during the plasma treatment, it is preferable to configure a separate exhaust port 119 through which the plasma gas can be exhausted in the process chamber 110.
상술한 바와 같은 원자층 증착 장치(100)에서, 박막 증착시에는 도면 4와 같은 상태에서 반응가스 공급라인(130)으로부터 공급되는 가스는 수평 분사홀(116)들을 통해 상기 반응공간으로 유입되고, 반응 가스는 상기 상부 블록(114)의 타측면(수평 분사홀과 대응되면 면)에 설치된 반응가스 배기라인(132)을 통해 배기된다. 증착 도중에 상부 블록(114)의 수직 분사홀(118)들을 통해 반응가스가 유입될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 플라즈마 가스공급라인(142)을 통해 불활성 가스를 공급한다. 도 5를 참고하면, 박막의 증착이 완료된 후 플라즈마를 형성코자 할 때는 하부 블록(112)을 아래로 이동시켜, 두 block이 분리된 상태에서 상기 상부 블록(114)을 통해 플라즈마 형성을 위한 플라즈마 가스를 웨이퍼 상으로 분사하고, 이와 동시에 상기 상부 블록(114)으로 플라즈마 파워를 인가하여 플라즈마를 형성시킨다.In the atomic layer deposition apparatus 100 as described above, during the thin film deposition, the gas supplied from the reaction gas supply line 130 is introduced into the reaction space through the horizontal injection holes 116 in the state as shown in FIG. The reaction gas is exhausted through the reaction gas exhaust line 132 provided on the other side of the upper block 114 (the surface corresponding to the horizontal injection hole). During deposition, the reaction gas may be introduced through the vertical injection holes 118 of the upper block 114. In order to prevent this, an inert gas is supplied through the plasma gas supply line 142. Referring to FIG. 5, when the plasma is to be formed after the deposition of the thin film is completed, the lower block 112 is moved downward, and the plasma gas for plasma formation is formed through the upper block 114 while the two blocks are separated. Is sprayed onto the wafer, and at the same time, plasma power is applied to the upper block 114 to form a plasma.
이와 같이 본 특허를 이용하게 되면 트레블링 웨이브(traveling wave) 방식의 반응장치 내부에 플라즈마 처리를 위한 장치를 구성함으로써, 박막 증착과 동시에 증착 전/후에 plasma처리를 하나의 챔버 안에서 모두 진행할 수 있게 된다.By using the present patent as described above, by configuring a device for plasma treatment inside a traveling wave type reaction apparatus, plasma treatment can be performed both before and after deposition simultaneously in a single chamber. .
이상에서, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.In the above, the configuration and operation of the atomic layer deposition apparatus according to the present invention has been shown according to the above description and drawings, but this is merely described for example, and various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Of course.
이와 같은 본 발명에 의하면, 트레블링 웨이브 방식의 반응장치에서 증착과 증착 전후에 플라즈마 처리를 실시할 수 있기 때문에, 박막의 특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, since the plasma treatment can be performed before and after deposition in the traveling wave type reaction apparatus, the characteristics of the thin film can be improved.
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