KR20080082222A

KR20080082222A - 라디칼 증착 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080082222A
Application number: KR1020070022754A
Authority: KR
Inventors: 박상준; 정성회; 한창희; 이춘우
Original assignee: 주식회사 아이피에스
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2008-09-11
Also published as: KR101316749B1

Abstract

라디칼 증착(Radical Assisted-CVD) 장치 및 라디칼 증착 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치는, 제1 샤워헤드 및 제2 샤워헤드를 포함하는 2단계 구조의 샤워헤드를 채용하여 상기 제1 샤워헤드에 전력을 인가함으로써 상기 제1 샤워헤드와 제2 샤워헤드 사이의 공간에서 플라즈마를 발생시키는 라디칼 증착 장치에 있어서, 상기 전력 인가를 위한 RF 전원부가, 고정 주파수를 가진 신호를 출력하는 표준 신호 발생기, 가변 주파수를 가진 신호를 출력하는 가변 신호 발생기, 표준 신호 발생기 및 가변 신호 발생기로부터 신호를 입력받아 합성 변조하여 출력하는 변조기, 변조기로부터 출력된 변조 신호를 입력받아 증폭 출력하는 앰프, 및 앰프의 출력 신호에 대해 최대 전력 전송을 위한 매칭 박스를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 고주파 전압의 진폭이나 주기를 변조하여 플라즈마의 안정성을 확보하여, 막의 증착 속도 및 막질을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 이러한 변조 방식은 RA-ALD(Radical Assisted-ALD) 공정과 RA-싸이클릭 CVD(Radical Assisted-cyclic CVD) 공정에도 적용할 수 있다.

라디칼, 플라즈마, 주파수, 증착 속도

Description

라디칼 증착 장치 및 방법{Apparatus and method of radical assist deposition}

도 1은 종래의 라디칼 증착 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치의 개략도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치에 사용되는 변조된 파형을 나타낸 그래프이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치를 이용하여 RA-ALD(Radical Assisted-ALD) 공정과 RA-싸이클릭 CVD(Radical Assisted-cyclic CVD) 공정을 진행하는 경우의 펄스 다이아그램을 도시한 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 챔버 11: 상부 플레이트

13: 하부 플레이트 14: 원료가스 주입관

15a: 제1 버퍼부 15b: 저면판

15c: 원료가스 분사홀 15: 제1 샤워헤드

18a: 제2 버퍼부 18b: 저면판

18c: 플라즈마 발생가스 분사홀 18: 제2 샤워헤드

18d: 관통홀 20: 유도관

32: 기판 50: RF 전원부

51: 표준 신호 발생기 52: 가변 신호 발생기

53: 변조기 54: 앰프

55: 매칭 박스 100: 라디칼 증착 장치

본 발명은 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라디칼을 이용하여 대구경 기판에 박막을 균일하게 증착하는 RA-CVD(Radical Assisted-CVD : 이하 라디칼 증착) 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정에서 일반적인 박막 증착 방법에는 CVD, ALD 등이 있다. 그 중에서도 고품질의 박막을 낮은 온도에서 증착하기 위하여, 원료가스를 활성화시킬 수 있는 플라즈마를 이용하는 경우가 PE(Plasma Enhanced)-CVD, PE-ALD, 라디칼 증착 등이다.

도 1은 종래의 라디칼 증착 장치의 개략도이다. 도 1에 도시한 라디칼 증착 장치는 샤워헤드를 2단계 구조로 형성하여 원료가스와 플라즈마 발생가스를 서로 분리하여 분사시키되, 샤워헤드 안에서 플라즈마가 발생되도록 하여 원료가스를 활성화시키는 장치이다.

도 1을 참조하면, 챔버(10)의 내측 상부에 설치되며 그 내부에 원료가스를 균일한 온도로 가열하여 유지시키기 위한 히터(12)가 구비된 상부 플레이트(11)와, 그 측면이 챔버(10)에 고정되며 상기 상부 플레이트(11)를 지지하는 하부 플레이트(13)와, 상기 상부 플레이트(11)의 중앙부에 그를 관통하여 원료가스를 공급하기 위한 원료가스 주입관(14)과, 상기 원료가스 주입관(14)의 소정 위치에 구비되어 가스의 유입량을 조절하는 유량조절계(27)가 도시되어 있다.

상기 상부 플레이트(11)의 내부에는 원료가스 주입관(14)으로부터 주입되는 가스를 균일하게 분포시키기 위해 제1 버퍼부(15a)가 형성되며 상기 제1 버퍼부(15a) 내에 분포된 원료가스를 일정 유속으로 분사하기 위해 그 저면판(15b)에 다수의 원료가스 분사홀(15c)이 형성된 제1 샤워헤드(15)가 설치된다. 여기서, 상기 저면판(15b)은 전극판으로 형성되어 후술할 RF 전원부(19)로부터 인가되는 RF 전력에 의해 플라즈마가 발생되도록 한다. 또한, 상기 제1 샤워헤드(15)에는 그의 제1 버퍼부(15a)를 상하층으로 구획하되 상층 공간부에 분포된 원료가스를 하층 공간부로 균일하게 분포시키기 위해 다수의 배출홀(16a)이 형성된 중간판(16)과, 상기 제1 샤워헤드(15)의 저면판(15b) 외주면에 직립되게 설치되며 그와 중간판(16) 사이의 하층 공간부를 형성하기 위하여 상기 중간판(16)을 지지하는 지지핀(17)이 구비되어 있다.

상기 제1 샤워헤드(15)의 외부 일측에는 상부 플레이트(11)를 직립되게 관통하여 제1 샤워헤드(15)의 저면판(15b)에 외부의 RF 전원을 걸어주기 위한 RF 로드(19a)와 RF 커넥터(19b)가 구비된 RF 전원부(19)가 장착된다. 그리고, 상기 제1 샤워헤드(15)의 하부에는 그와의 사이에 플라즈마 발생가스의 유속분포를 고르게 하기 위한 제2 버퍼부(18a)가 형성되며 상기 제2 버퍼부(18a) 내에 분포된 플라즈 마 발생가스를 분사하기 위해 그 저면판(18b)에 다수의 플라즈마 발생가스 분사홀(18c)이 형성된 제2 샤워헤드(18)가 구비된다. 한편, 상기 원료가스와 플라즈마 발생가스가 혼합되지 않도록 유도하기 위하여, 그 일측이 상기 제1 샤워헤드(15)의 원료가스 분사홀(15c)에 장착되며 그 타측은 상기 제2 샤워헤드(18)의 관통홀(18d)을 관통한 절연체의 유도관(20)이 설치된다.

상기 제1 샤워헤드(15)의 저면판(15b)의 외주면 일측에는 제2 샤워헤드(18)의 제2 버퍼부(18a)에 플라즈마 가스를 공급하기 위한 플라즈마 가스 도입관(24)이 설치된다. 또한, 상기 플라즈마 가스 도입관(24)과 연통할 수 있도록 제1 샤워헤드(15)의 저면판(15b) 일측 외주면에는 그 저부에 플라즈마 가스 분배홀(25a)이 형성된 플라즈마 가스 버퍼부(25)가 형성되며, 상기 제1 샤워헤드(15)의 저면판(15b)과 제3 절연부재(23) 사이에는 상기 플라즈마 가스 분배홀(25a)과 연통하여 플라즈마 가스를 제2 버퍼부(18a)에 유입시키기 위한 가스통로(26)가 형성된다.

참조부호 21, 22, 23은 절연부재이다. 31은 상기 챔버(10) 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 배기포트이며, 32는 박막 증착을 위한 기판, 33은 상기 기판(32)을 지지하는 기판 지지대를 나타낸다.

제1 샤워헤드(15)의 제1 버퍼부(15a)에 분포되었다가 유도관(20)을 통과한 원료가스와, 제2 샤워헤드(18)의 분사홀(18c)을 통과한 플라즈마 발생가스의 중성 라디칼은 서로 분리된 상태로 기판(32) 상에 분사되고, 이 과정에서 상기 원료가스와 중성 라디칼의 반응이 방지되어 파티클 발생의 주원인이 되는 기상반응을 억제하여 기판(32)에 박막을 형성할 수 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 라디칼 증착 장치는 RF 전원부(19)의 고주파 발생기를 통하여 고정된 하나의 고주파 전압만을 인가한다. 이 경우에는 기판(32)에 막이 증착되는 속도가 느리다. 막의 증착 속도를 증가시키기 위하여 RF 전원부(19)의 파워를 증가시킬 경우에는 제1 샤워헤드(15)와 제2 샤워헤드(18) 사이의 좁은 플라즈마 발생공간(3mm~20mm) 때문에 조건에 따라서 플라즈마의 균일도가 나빠지거나 마이크로 아킹(micro arcing) 등의 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 일부 조건에서는 증착된 막질이 불균일해진다는 문제점이 있다.

그리고, 현재 범용의 RF 전원부 사용시에는 RF 온/오프 시간(on/off time)이 길어 ALD처럼 짧은 시간의 공정 단계들을 가지는 공정에 맞추기가 쉽지 않은 어려움이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 2단계 구조의 샤워헤드를 채용한 라디칼 증착 장치에 있어서 제1 샤워헤드와 제2 샤워헤드 사이의 좁은 공간에서 발생되는 플라즈마를 안정화시켜 기판에 막이 증착되는 속도를 증가시키며 균일한 막질을 증착할 수 있는 라디칼 증착 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 RA-ALD(Radical Assisted-ALD) 공정과 RA-싸이클릭 CVD(Radical Assisted-cyclic CVD) 공정과 같은 라디칼 증착 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 라디칼 증착 장 치는, 제1 샤워헤드 및 제2 샤워헤드를 포함하는 2단계 구조의 샤워헤드를 채용하여 상기 제1 샤워헤드에 전력을 인가함으로써 상기 제1 샤워헤드와 제2 샤워헤드 사이의 공간에서 플라즈마를 발생시키는 라디칼 증착 장치에 있어서, 상기 전력 인가를 위한 RF 전원부가, 고정 주파수를 가진 신호를 출력하는 표준 신호 발생기; 가변 주파수를 가진 신호를 출력하는 가변 신호 발생기; 상기 표준 신호 발생기 및 가변 신호 발생기로부터 신호를 입력받아 합성 변조하여 출력하는 변조기; 상기 변조기로부터 출력된 변조 신호를 입력받아 증폭 출력하는 앰프; 및 상기 앰프의 출력 신호에 대해 최대 전력 전송을 위한 매칭 박스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 라디칼 증착 장치에 있어서, 상기 표준 신호 발생기의 고정 주파수는 13.56MHz, 27.12MHz, 54.24MHz 및 2.45GHz 중의 어느 하나이고, 상기 가변 신호 발생기의 가변 주파수는 10㎐~500㎑이며, 상기 가변 신호 발생기는 펄스(pulse)파, 톱니파, 나사산파 및 사인파 중의 어느 하나를 출력하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 라디칼 증착 장치는 RA-CVD뿐만 아니라 짧은 시간의 공정 단계들을 갖는 RA-ALD 공정과 RA-싸이클릭 CVD 공정에도 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 라디칼 증착 방법은 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치를 이용하여, RA-ALD( 공정과 RA-싸이클릭 CVD 공정 진행 중 일부 단계동안에만 다른 단계에 비하여 큰 RF 전력을 변조 방식으로 인가하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정 되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며 단지 본 실시예에는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치(100)는 제1 샤워헤드(15) 및 제2 샤워헤드(18)를 포함하는 2단계 구조의 샤워헤드를 채용하여 상기 제1 샤워헤드(15)에 전력을 인가함으로써 상기 제1 샤워헤드(15)와 제2 샤워헤드(18) 사이의 공간에서 플라즈마를 발생시키는 라디칼 증착 장치를 개선한 것이다.

특히, 본 발명의 고유한 RF 전원부(50)는 변조된 전력을 플라즈마 전력으로 입력시킴으로써 상기 제1 샤워헤드(15)와 제2 샤워헤드(18) 사이의 공간에서 안정적인 플라즈마를 발생시키기 위한 것으로, 표준 신호 발생기(51), 가변 신호 발생기(52), 변조기(53), 앰프(54) 및 매칭 박스(55)를 포함한다. 표준 신호 발생기(51)와 가변 신호 발생기(52)는 미도시의 전원에 연결되어 있다.

상기 표준 신호 발생기(51)는 고정 전압을 발생시키기 위해 고정 주파수를 가진 신호를 출력하며, 100㎑ 이상의 주파수를 가진 표준 신호를 발생시킨다. 예를 들면 13.56MHz, 27.12MHz, 54.24MHz 및 2.45GHz 중의 어느 하나의 주파수를 가진 신호를 발생시킨다. 상용 고주파 발생용 표준 신호 발생기는 13.56MHz 주파수를 발생시키는 것이 일반적이며, 실제 박막 증착 공정에도 많이 사용되고 있다.

상기 가변 신호 발생기(52)는 변조용 전압을 발생시키기 위해 가변 주파수를 가진 신호를 출력한다. 가변 신호 발생기(52)의 가변 주파수는 10㎐ 이상 예를 들면, 10㎐~500㎑인 것이 바람직하다. 가변 주파수가 10Hz 미만이면 변조 효과가 적으며 500kHz이면 변조 효과가 충분하기 때문에 500kHz보다 높은 주파수를 사용할 필요는 없다. 가변 신호 발생기(52)는 주기, 진폭을 변경한 구형파나 정현파 등의 파형을 발생시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 펄스(pulse)파, 톱니파, 나사산파 및 사인파 등과 같은 다양한 파형을 출력할 수 있다.

변조기(53)는 표준 신호 발생기(51)로부터 입력받은 신호와 가변 신호 발생기(52)로부터 입력받은 신호를 합성 변조하여 앰프(54)로 출력한다. 앰프(54)는 변조기(53)로부터 변조된 신호를 입력받아 증폭시켜 출력한다. 앰프(54)에서 출력된 신호는 매칭 박스(55)를 통하여 전기적으로 정합되어 고주파 전력으로 출력되어 제1 샤워헤드(15), 특히 저면판(15b)으로 인가된다. 매칭 박스(55)는 저면판(15b)으로부터 반송되는 출력을 다시 저면판(15b)으로 인가하여, 최대 전력 전송을 수행한다.

이렇게, 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치(100)는 표준 신호 발생기(51)에서 발생된 고정 주파수 전압을, 가변 신호 발생기(52)에서 발생된 변조용 주파수 전압으로 변조시켜 인가하는 것으로, 종래 라디칼 증착장치(예컨대 도 1에 도시한 장치)처럼 고정된 하나의 고주파 전압만을 인가하는 경우에 비하여 막 증착 속도를 현저하게 증가시킬 수 있다. 종래의 라디칼 증착 장치에서는 일부 조건에서 높은 RF 파워를 인가시 플라즈마 아킹으로 인해 불균일한 증착이 이루어지지만 변조 방식을 이용할 경우 플라즈마 아킹 발생이 안되어 증착된 막의 증착 속도 및 막질을 균일하게 증착할 수 있다.

본 발명에서와 같은 플라즈마 발생을 위한 전력 변조에 의해 막 증착 속도가 증가되는 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 종래의 라디칼 증착 장치는 RF 전원부(19)의 고주파 발생기를 통하여 고정 주파수 전압을 인가한다. 플라즈마 발생가스는 이러한 고주파 전압에 의해 분해되어 중성 라디칼을 형성한다. 플라즈마 발생가스의 상태에 따라서 이 고정 주파수 전압이 플라즈마 발생가스 전부를 분해하는 데에 적절치 못할 수도 있다. 이에 따라 라디칼 형성이 극대화되지 못하여 막 증착 속도에 한계가 있는 것이다.

그러나, 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치(100)에서는 표준 신호 발생기(51)에서 발생된 고정 주파수 전압을, 가변 신호 발생기(52)에서 발생된 변조용 주파수 전압으로 변조시켜 저면판(15b)에 인가할 수 있다. 플라즈마 발생가스의 상태에 따라서 이러한 변조를 적절히 운용함으로써 플라즈마 발생가스의 전부를 분해하도록 하여 라디칼 형성을 극대화한다. 이에 따라, 원료가스의 활성화도 극대화되므로 막 증착 속도를 증가시킬 수 있게 된다.

이러한 라디칼 증착 장치(100)를 이용한 증착 방법의 상세 사항은 다음과 같다.

먼저, 플라즈마 발생가스 도입관(24)으로부터 제공되는 가스가 가스버퍼부(25)의 플라즈마 가스 분배홀(25a)과 가스통로(26)를 통하여 제2 샤워헤드(18)의 제2 버퍼부(18a)에 도입되면, RF 전원부(50)로부터의 전력을 상기 RF 로드(19a)를 통하여 상기 제1 샤워헤드(15)의 저면판(15b)에 인가함으로써 플라즈마를 발생시킨다. 공정 초기, 공정 중간, 공정 후기 또는 공정의 진행 내내 플라즈마 발생가스의 상태를 고려하여 가변 신호 발생기(52)의 가변 주파수를 조절하여, 저면판(15b)에 인가되는 전력을 조절하도록 한다. 상기 발생된 플라즈마는 제2 버퍼부(18a) 내에서 일정한 유압 분포를 이루면서 제2 샤워헤드(18)의 저면판(18b)에 형성된 플라즈마 발생가스 분사홀(18c)을 통하여 기판(32)에 분사된다. 또한, 상기 원료가스 주입관(14)으로부터 원료가스가 제1 샤워헤드(15)의 제1 버퍼부(15a)에 형성된 상층 공간부에 도입되고, 이 가스는 다시 중간판(16)의 홀(16a)을 통하여 제1 버퍼부(15a)의 하층 공간부에 유입되어 원료가스의 유압이 고르게 분포된다. 이때, 상기 상부 플레이트(11)에 내장된 히터(12)에 의해 상기 제1 샤워헤드(15)의 제1 버퍼부(15a)에 분포되어 있는 원료가스의 온도를 일정하게 유지시켜 준다.

그리고, 상기 제1 샤워헤드(15)의 제1 버퍼부(15a)에 분포되어 있는 원료가스는 제1 샤워헤드(15)의 저면판(15b)에 형성된 분사홀(15c)과 제2 샤워헤드(18)의 저면판(18b)에 형성된 관통홀(18d)을 연통시키는 유도관(20)을 통하여 기판(32) 상에 분사된다.

이와 같이, 제1 샤워헤드(15)의 제1 버퍼부(15a)에 분포되었다가 유도관(20)을 통과한 원료가스와, 제2 샤워헤드(18)의 분사홀(18c)을 통과한 플라즈마 발생가스의 중성 라디칼은 서로 분리된 상태로 기판(32) 상에 분사된다. 전력 변조에 따라 플라즈마 발생가스의 분해는 극대화되어 중성 라디칼이 극대로 발생되고 이에 따라 원료가스를 충분히 활성화시킬 수 있게 된다. 따라서, 기판(32)에 박막을 매 우 빠른 증착 속도로 형성할 수 있다. RF 전원부(50)의 파워를 증가시키지 않아도 막 증착 속도를 증가시킬 수 있으므로 플라즈마의 균일도가 나빠지지 않는다. 따라서, 플라즈마의 안정성을 높일 수 있어 막질을 균일하게 증착할 수 있다.

도 3a는 표준신호 발생기(51)로부터 발생된 13.56MHz 파형(A)이 가변 신호 발생기(52)로부터 발생된 400KHz의 저주파 파형(B)와 합성된 파형(C)을 보여준다.

도 3b는 표준신호 발생기(51)로부터 발생된 13.56MHz 파형(A)이 가변 신호 발생기(52)로부터 발생된 펄스파(B)와 합성된 파형(C)을 보여준다.

이와 같은 변조 방법으로 고주파 전압의 진폭이나 주기를 변화시켜 줌으로써 라디칼 증착 장치 특성상 제1 샤워헤드와 제2 샤워헤드 사이의 좁은 플라즈마 발생공간(3mm~20mm)에서 발생되는 플라즈마의 안정화를 확보하여 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서, 마이크로 아킹과 같은 현상을 제어 가능하게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 변조방식을 라디칼 증착 장치에 적용함으로써 막 증착 속도와 막질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 RF 전력을 변조시킴으로써 필요한 시간만큼 펄스파의 듀티 레이쇼(duty ratio)나 사인파의 주기를 변화시켜 줌으로써, 종래 라디칼 증착 장치와는 달리, 공정 단계에서 RF 전력을 짧은 시간(수 밀리초~수 초)동안 인가시켜 줄 수 있다. 이를 이용하여 짧은 시간의 공정 단계들을 갖는 RA-ALD 공정과 RA-싸이클릭 CVD 공정에 적용할 수 있다.

먼저 도 4a는 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치(도 2의 100)를 이용하여 RA-ALD 공정을 진행하는 경우의 펄스 다이아그램을 도시한 것이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, RA-ALD 공정은 챔버(10) 내에 원료가스(소스)를 유입하여 기판(32) 상에 원료가스의 흡착층을 형성하는 단계(t1, 원료가스 온(on), 반응가스 오프(off), 퍼지가스 오프), 챔버(10) 내에 퍼지가스를 공급하여 챔버(10) 내에 잔류하는 원료가스를 퍼지하는 단계(t2, 원료가스 오프, 반응가스 오프, 퍼지가스 온), 챔버(10) 내에 반응가스를 유입하여 단계(t1)에서 형성한 원료가스의 흡착층과 반응시키는 단계(t3, 원료가스 오프, 반응가스 온, 퍼지가스 오프), 챔버(10) 내에 퍼지가스를 공급하여 챔버(10) 내에 잔류하는 반응가스 및 반응 부산물을 퍼지하는 단계(t4, 원료가스 오프, 반응가스 오프, 퍼지가스 온)를 거치게 된다. 원하는 두께의 박막이 증착될 때까지 단계 t1 내지 t4로 이루어지는 싸이클을 1회 이상 반복한다.

이 때, RF 전원부(50)를 이용해 RF 전력을 변조함으로써, 반응가스의 유입 단계(t3)에만 다른 단계에 비하여 큰 변조 RF 전력을 짧은 시간(수 밀리초~수 초)동안 인가해 줄 수 있다. 이에 따라 분해가 어려운 반응가스를 라디칼로 만들어 막 증착을 도모할 수가 있는 것이다. 그러나, 종래의 라디칼 증착 장치는 범용의 고정 주파수 RF 전원부를 채용함에 따라 RF 온/오프 시간이 길어, 이렇게 RA-ALD 공정의 반응가스 유입 단계(t3), 또는 원료가스 유입 단계(t1), 또는 퍼지 단계(t2 및 t4)에만 RF 전력을 인가하는 것이 어렵다. 본 발명은 변조 방식을 이용함에 따라 라디칼 증착 장치를 RA-ALD에 적용할 수가 있는 것이다.

도 4b는 본 발명에 따른 라디칼 증착 장치(도 2의 100)를 이용하여 RA-싸이클릭 CVD 공정을 진행하는 경우의 펄스 다이아그램을 도시한 것이다.

도 4b에 도시한 바와 같이, RA-싸이클릭 CVD 공정은 챔버(10) 내에 원료가스(소스)를 유입하여 기판(32) 상에 원료가스의 흡착층을 형성하는 단계(s1, 원료가스 온, 반응가스 오프, 퍼지가스 온), 챔버(10) 내에 반응가스를 유입하여 단계(s1)에서 형성한 원료가스의 흡착층과 반응시키는 단계(s2, 원료가스 오프, 반응가스 온, 퍼지가스 온)을 거치게 된다. 원하는 두께의 박막이 증착될 때까지 단계 s1 및 s2를 번갈아 반복적으로 진행한다.

이 때, RF 전원부(50)를 이용해 RF 전력을 변조함으로써, 반응가스의 유입 단계(s2)에만 다른 단계에 비하여 큰 변조 RF 전력을 짧은 시간동안 인가해줄 수 있다. 이에 따라 분해가 어려운 반응가스의 라디칼을 이용하여 막 증착을 도모할 수가 있는 것이다. 그러나, 종래의 라디칼 증착 장치는 범용의 고정 주파수 RF 전원부를 채용함에 따라 RF 온/오프 시간이 길어, 이렇게 RA-싸이클릭 CVD 공정의 반응가스 유입 단계(s2), 또는 원료가스 유입 단계(s1)에만 RF 전력을 인가하는 것이 어렵다. 본 발명은 변조 방식을 이용함에 따라 라디칼 증착 장치를 RA-싸이클릭 CVD에 적용할 수가 있는 것이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

고주파 전압의 진폭이나 주기를 변화시켜 줌으로써 플라즈마의 안정화를 확보할 수 있다. 좁은 전극 사이에서 플라즈마 발생시 플라즈마의 불안정이나 마이크로 아킹과 같은 현상을 제어 가능하게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 변조 방식을 라디칼 증착 장치에 적용함으로써 막 증착 속도와 막질을 향상시킬 수 있다.

Claims

제1 샤워헤드 및 제2 샤워헤드를 포함하는 2단계 구조의 샤워헤드를 채용하여 상기 제1 샤워헤드에 전력을 인가함으로써 상기 제1 샤워헤드와 제2 샤워헤드 사이의 공간에서 플라즈마를 발생시키는 라디칼 증착 장치에 있어서,

상기 전력 인가를 위한 RF 전원부가,

고정 주파수를 가진 신호를 출력하는 표준 신호 발생기;

가변 주파수를 가진 신호를 출력하는 가변 신호 발생기;

상기 표준 신호 발생기 및 가변 신호 발생기로부터 신호를 입력받아 합성 변조하여 출력하는 변조기;

상기 변조기로부터 출력된 변조 신호를 입력받아 증폭 출력하는 앰프; 및

상기 앰프의 출력 신호에 대해 최대 전력 전송을 위한 매칭 박스를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 증착 장치.
제1항에 있어서, 상기 표준 신호 발생기의 고정 주파수는 13.56MHz, 27.12MHz, 54.24MHz 및 2.45GHz 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 라디칼 증착 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 신호 발생기의 가변 주파수는 10㎐~500㎑인 것을 특징으로 하는 라디칼 증착 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 신호 발생기는 펄스(pulse)파, 톱니파, 나사산파 및 사인파 중의 어느 하나를 출력하는 것을 특징으로 하는 라디칼 증착 장치.
제1항 기재의 라디칼 증착 장치를 이용하여, RA-ALD(Radical Assisted-ALD) 공정 또는 RA-싸이클릭 CVD(Radical Assisted-cyclic CVD) 공정 진행 중 일부 단계동안에만 다른 단계에 비하여 큰 RF 전력을 변조 방식으로 인가하는 것을 특징으로 하는 라디칼 증착 방법.