KR20100008052A - 화학기상증착 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있는 화학기상증착 장치가 개시되어 있다. 화학기상증착 장치는 챔버 몸체, 기판 지지대, 캐소드 전극, 메인 전원 공급부, 가스 공급부 및 레이저 공급부를 포함한다. 기판 지지대는 챔버 몸체 내부에 설치되며, 피처리 기판이 장착된다. 캐소드 전극은 챔버 몸체의 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위하여 피처리 기판을 사이에 두고 기판 지지대와 대향하도록 설치된다. 메인 전원 공급부는 캐소드 전극에 무선 주파수 전원을 공급한다. 가스 공급부는 챔버 몸체의 내부에 플라즈마을 생성을 위한 반응 가스를 공급한다. 레이저 공급부는 플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 챔버 몸체의 내부에 레이저 빔을 공급한다. 레이저 공급부는 챔버 몸체의 외부에 설치된다. 레이저 공급부는 기판 지지대와 캐소드 전극 사이로 레이저 빔이 주사될 수 있도록 기판 지지대와 캐소드 전극의 사이 영역에 설치될 수 있다. 따라서, 플라즈마의 밀도를 향상시키고, 피처리 기판에 형성되는 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있다.

Description

화학기상증착 장치{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 화학기상증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하여 피처리 기판에 박막을 증착하는 화학기상증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 집적회로장치, 액정표시장치, 태양전지 등과 같은 장치를 제조하기 위한 반도체 제조 공정 중에서, 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 플라즈마를 이용한 화학기상증착(Camical Vapor Deposition : CVD) 장치를 통해 진행된다.
플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 소스로는 여러 가지가 있을 수 있으나, 무선 주파수(radio frequency)를 사용하는 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 그러나, 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우, 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 분균일하게 될 수 있으며, 챔버의 내부를 오염시 킬 수 있다. 한편, 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우, 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 유지하기가 어려운 문제가 있다.
최근, 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 최미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 기판의 대형화, 및 새로운 처리 대상 물질의 개발 등과 같은 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 요구를 감안한 것으로써, 본 발명은 대면적에 걸쳐 균일한 밀도의 플라즈마를 발생 및 유지시킬 수 있으며, 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있는 화학기상증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 화학기상증착 장치는 챔버 몸체, 기판 지지대, 캐소드 전극, 메인 전원 공급부, 가스 공급부 및 레이저 공급부를 포함한다. 상기 기판 지지대는 상기 챔버 몸체 내부에 설치되며, 피처리 기판이 장착된다. 상기 캐소드 전극은 상기 챔버 몸체의 내부에 플라즈마를 유도하기 위하여 상기 피처리 기판을 사이에 두고 상기 기판 지지대와 대향하도록 설치된다. 상기 메인 전원 공급부는 상기 캐소드 전극에 무선 주파수 전원을 공급한다. 상기 가스 공급부는 상기 챔버 몸체의 내부에 플라즈마의 생성을 위한 반응 가스를 공급한다. 상기 레이저 공급부는 플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 상기 챔버 몸체의 내부에 레이저 빔을 공급한다.
상기 레이저 공급부는 상기 챔버 몸체의 외부에 설치된다. 상기 레이저 공급부는 상기 기판 지지대와 상기 캐소드 전극 사이로 레이저 빔이 주사될 수 있도록 상기 기판 지지대와 상기 캐소드 전극 사이 영역에 설치될 수 있다.
상기 챔버 몸체는 상기 레이저 공급부로부터의 레이저 빔을 내부로 투과시키기 위한 하나 이상의 레이저 투과 윈도우를 포함할 수 있다.
상기 레이저 공급부는 상기 레이저 투과 윈도우의 외부에 설치되어 상기 챔버 몸체의 내부로 레이저 빔을 주사하는 하나 이상의 레이저 발생기를 포함한다. 또한, 상기 레이저 공급부는 상기 레이저 발생기로부터 출력되는 레이저 빔을 반사시켜 상기 챔버 몸체 내부에 다수의 레이저 주사 라인을 형성하기 위해 상기 레이저 투과 윈도우의 외부에 설치되는 하나 이상의 반사 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 화학기상증착 장치는 상기 메인 전원 공급부와 상기 캐소드 전극 사이에 설치되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스될 수 있다. 이와 달리, 상기 기판 지지대는 접지와 연결될 수 있다. 또한, 상기 기판 지지대는 정전척 또는 히터를 포함할 수 있다.
상기 화학기상증착 장치는 상기 피처리 기판이 장착된 상기 기판 지지대를 선형 또는 회전 이동시키기 위한 이동 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 캐소드 전극은 플레이트 형상으로 형성된다. 한편, 상기 캐소드 전극에는 상기 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스를 통과시키기 위한 다수의 가스 분사홀들이 형성될 수 있다.
상기 화학기상증착 장치는 상기 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 상기 챔버 몸체에 공급하는 원격 플라즈마 발생기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 화학기상증착 장치는 챔버 몸체, 상기 챔버 몸체 내부에 설치되며 피처리 기판이 장착되는 기판 지지대, 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시켜 상기 챔버 몸체에 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 발생기, 상기 원격 플라즈마 발생기에 플라즈마 생성을 위한 반응 가스를 공급하는 가스 공급부, 및 플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 상기 챔버 몸체의 내부에 레이저 빔을 공급하는 레이저 공급부를 포함한다.
이와 같은 화학기상증착 장치에 따르면, 캐소드 전극에 무선 주파수 전원을 인가하여 플라즈마를 생성함과 동시에, 챔버 몸체의 외부에 설치된 레이저 공급부를 통해 챔버 몸체의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들을 형성함으로써, 플라즈마 방전의 밀도를 향상시키고, 피처리 기판에 형성되는 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 레이저 공급부를 통해 챔버 몸체 내부에 형성되는 레이저 주사 라인들을 촘촘하면서도 균일하게 형성함으로써, 대면적에 걸친 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시키고, 피처리 기판에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 장치(100)는 챔버 몸체(110), 기판 지지대(120), 캐소드 전극(130), 메인 전원 공급부(140), 가스 공급부(150) 및 레이저 공급부(160)를 포함한다.
챔버 몸체(110)는 알루미늄, 스테인레스, 구리 등의 금속이나, 양극 처리된 알루미늄, 니켈 도금된 알루미늄 등의 코팅된 금속, 또는 내화 금속(refractory metal) 등으로 제작될 수 있다. 또한, 챔버 몸체(110)는 전체적으로 또는 부분적으로 석영, 세라믹 등과 같은 전기적 절연 물질로 제작될 수도 있다. 이와 같이, 챔버 몸체(110)는 의도된 플라즈마 처리가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 챔버 몸체(110)는 피처리 기판(122)의 형태에 따라 플라즈마의 균일한 발생에 적합한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 챔버 몸체(110)는 원형 또는 사각형 구조를 가질 수 있으며, 이 외에도 다양한 형태의 구조를 가질 수 있다.
기판 지지대(120)는 피처리 기판(122)을 고정하기 위하여 챔버 몸체(110)의 내부에 설치된다. 예를 들어, 기판 지지대(120)는 챔버 몸체(110)의 상부 영역에 설치되며, 피처리 기판(122)은 기판 지지대(120)의 하부면에 장착된다. 이와 달 리, 기판 지지대(120)는 챔버 몸체(110)의 하부 영역에 설치되며, 피처리 기판(112)은 기판 지지대(120)의 상부면에 장착될 수 있다. 한편, 피처리 기판(122)은 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등을 예로 들 수 있다.
피처리 기판(122)을 지지하는 기판 지지대(120)는 바이어스 전원 공급부(172, 174)에 의해 바이어스될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 바이어스 전원 공급부들(172, 174)로부터 출력되는 서로 다른 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(176)를 통하여 기판 지지대(120)에 바이어스된다. 이와 같은 기판 지지대(120)의 이중 바이어스 구조는 챔버 몸체(110) 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지의 조절을 더욱 개선시켜 공정 수율을 향상시킬 수 있다. 한편, 기판 지지대(120)는 하나의 바이어스 전원 공급부로부터 무선 주파수 전원이 바이어스되는 단일 바이어스 구조를 가질 수 있다. 또한, 기판 지지대(120)는 접지와 연결되어 바이어스의 공급 없이 제로 포텐셜(zero potential)로 유지될 수 있다.
기판 지지대(120)는 정전기의 힘을 이용해 피처리 기판(122)을 기판 지지대(120)에 고정해주는 정전척(electrostatic chuck)(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 정전척은 기판 지지대(120)에서 정전기를 발생시켜 피처리 기판(122)과 기판 지지대(120)의 간격을 일정하게 유지시키고 피처리 기판(122)을 수평상태로 고정시켜 준다. 이와 달리, 기판 지지대(120)는 진공을 이용하여 피처리 기판(122)을 고정할 수 있다. 한편, 기판 지지대(120)는 피처리 기판(122)을 가열하기 위한 히 터(미도시)를 포함할 수 있다.
화학기상증착 장치(100)는 피처리 기판(122)이 장착된 기판 지지대(120)를 선형 또는 회전 이동시키기 위한 이동 제어부(180)를 더 포함할 수 있다. 기판 지지대(120)는 공정 효율을 높이기 위하여 이동 제어부(180)의 제어에 따라 피처리 기판(122)과 평행하게 선형 또는 회전 이동이 가능한 구조를 갖는다. 이와 달리, 기판 지지대(120)는 챔버 몸체(110) 내부에 고정된 구조를 가질 수 있다.
캐소드 전극(130)은 챔버 몸체(110) 내부에 전기적 용량 결합에 의한 플라즈마를 유도하기 위한 것으로서, 피처리 기판(122)을 사이에 두고 기판 지지대(120)와 대향하도록 설치된다. 캐소드 전극(130)은 예를 들어, 챔버 몸체(110) 내부의 하부 영역에 설치된다. 이와 달리, 캐소드 전극(130)은 기판 지지대(120)가 챔버 몸체(110)의 하부 영역에 설치된 경우 챔버 몸체(110) 내부의 상부 영역에 설치될 수 있다. 캐소드 전극(130)은 실질적으로 평평한 플레이트 형상의 단일 전극 구조로 형성되며, 적어도 피처리 기판(122)보다 넓은 면적을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
메인 전원 공급부(140)는 캐소드 전극(130)에 무선 주파수 전원을 공급한다. 메인 전원 공급부(140)로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기(142)를 통하여 캐소드 전극(130)에 공급될 수 있다. 이와 달리, 메인 전원 공급부(140)는 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 캐소드 전극(130)은 메인 전원 공급부(140)로부터 공급되는 무선 주파수 전원에 의하여 기판 지지대(120)와 의 사이에 플라즈마를 생성한다.
가스 공급부(150)는 챔버 몸체(110) 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 적어도 한 종류 이상의 반응 가스를 공급한다. 예를 들어, 피처리 기판(122) 상에 비정질(amorphous) 실리콘 박막 또는 미세결정질(microcrystalline) 실리콘 박막을 증착하기 위하여, 가스 공급부(150)는 실란(SiH4) 가스와 수소(H2) 가스를 챔버 몸체(110)의 내부에 공급한다. 또한, 가스 공급부(150)는 피처리 기판(122) 상에 3가 불순물이 포함된 p형 비정질 실리콘 박막 또는 p형 미세결정질 실리콘 박막을 증착하기 위하여, 실란(SiH4), 수소(H2) 및 디보란(B2H6) 가스를 공급할 수 있다. 또한, 가스 공급부(150)는 피처리 기판(122) 상에 5가 불순물이 포함된 n형 비정질 실리콘 박막 또는 n형 미세결정질 실리콘 박막을 증착하기 위하여, 실란(SiH4), 수소(H2) 및 포스핀(PH3) 가스를 공급할 수 있다. 한편, 가스 공급부(150)는 미세결정질 실리콘 박막을 증착할 때, 원치않는 비정질 실리콘층이 형성되는 것을 방지하기 위하여 불화규소(SiF4) 가스를 추가로 공급할 수 있다.
가스 공급부(150)로부터의 반응 가스는 가스 유입구(112)를 통해 챔버 몸체(110)의 내부로 공급되며, 가스 배기구(114)를 통해 외부로 배출된다. 가스 유입구(112) 및 가스 배기구(114)는 가스 공급부(150)로부터 공급되는 반응 가스가 기판 지지대(120)와 캐소드 전극(130) 사이를 통해 흘러나갈 수 있도록 적당한 위치에 형성된다. 예를 들어, 가스 유입구(112) 및 가스 배기구(114)는 챔버 몸체(110)의 측면, 상하면 등 다양한 위치에 형성될 수 있다.
레이저 공급부(160)는 플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 챔버 몸체(110)의 내부에 레이저 빔을 공급한다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 레이저 공급부의 다양한 구성 방법을 나타낸 도면들이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 레이저 공급부(160)는 챔버 몸체(110)의 외부에 설치된다. 레이저 공급부(160)가 챔버 몸체(110)의 내부에 설치될 경우 피처리 기판(112)에 증착되는 증착 물질이 레이저 공급부(160)에 불필요하게 증착되어 레이저 공급부(160)의 기능을 저하시킬 수 있으므로, 레이저 공급부(160)의 오염을 방지하기 위하여 레이저 공급부(160)는 챔버 몸체(110)의 외부에 설치되는 것이 바람직하다.
레이저 공급부(160)는 플라즈마가 발생되는 기판 지지대(120)와 캐소드 전극(130) 사이로 레이저 빔이 주사될 수 있도록 기판 지지대(120)와 캐소드 전극(130)의 사이 영역에 대응되도록 설치된다. 레이저 공급부(160)로부터 공급되는 레이저 빔은 챔버 몸체(110) 내부에 유입되는 반응 가스를 여기시켜 플라즈마를 추가적으로 발생시킨다. 따라서, 캐소드 전극(130)과 기판 지지대(120) 사이에는 캐소드 전극(130)과 기판 지지대(120)에 의한 플라즈마 생성과 함께, 레이저 빔에 의한 플라즈마 생성이 추가되어, 플라즈마의 밀도가 높아지게 된다. 한편, 챔버 몸체(110) 내부에 형성되는 플라즈마는 공급되는 반응 가스에 따라 다양한 종류의 이온화된 입자들을 포함할 수 있으므로, 플라즈마에 포함된 입자에 대응하여 상기 레이저 공급부(160)로부터 발생되는 레이저 빔의 파장을 변경함으로써, 플라즈마의 밀도를 더욱 높일 수 있다.
레이저 공급부(160)는 챔버 몸체(110)의 외부에 설치되므로, 챔버 몸체(110)는 레이저 공급부(160)로부터의 레이저 빔을 챔버 몸체(110)의 내부로 투과시키기 위한 하나 이상의 레이저 투과 윈도우(116)를 포함한다. 레이저 투과 윈도우(116)는 캐소드 전극(130)과 기판 지지대(120) 사이 영역에 대응하여 챔버 몸체(110)의 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 레이저 투과 윈도우(116)는 서로 마주보는 측면에 슬롯 형상으로 형성되거나, 측면을 한바퀴 감싸는 띠 형상으로 형성될 수 있다. 이 외에도, 레이저 투과 윈도우(116)는 레이저 공급부(160)의 배치에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
레이저 공급부(160)는 레이저 투과 윈도우(116)의 외부에 설치되어 챔버 몸체(110)의 내부로 레이저 빔을 주사하는 하나 이상의 레이저 발생기(162)를 포함한다. 레이저 발생기(162)는 레이저 투과 윈도우(116)를 통하여 챔버 몸체(110)의 내부로 레이저 빔을 주사하여 챔버 몸체(110)의 내부에 적어도 하나 이상의 레이저 주사 라인(164)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 레이저 공급부(160)는 챔버 몸체(110)의 일측에 다수의 레이저 발생기들(162)이 레이저 투과 윈도우(116)를 따라 배열되고, 챔버 몸체(110)의 타측에 다수의 레이저 종결부들(166)이 레이저 투과 윈도우(116)를 따라 배열된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 레이저 발생기(162)의 설치 수에 대응되는 만큼의 레이저 주사 라인(164)이 형성되게 된다.
도 3을 참조하면, 레이저 공급부(160)는 레이저 발생기(162)로부터 출력되는 레이저 빔을 반사시키는 방식으로, 챔버 몸체(110)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인(164)을 형성하기 위해 레이저 투과 윈도우(116)의 외부에 설치되는 하나 이상의 반사 부재(168)를 더 포함할 수 있다. 이러한 레이저 공급부(160)는 다수의 레이저 발생기들(162), 다수의 반사 부재들(168) 및 다수의 레이저 종결부들(166)로 구성될 수 있다. 즉, 레이저 공급부(160)는 다수의 레이저 발생기들(162)이 서로 간격을 두어 설치되고, 레이저 발생기(162)의 반대측에 다수의 반사 부재들(168)이 설치된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 레이저 발생기(162)에서 발생된 레이저 빔이 반대측에 설치된 반사 부재(168)를 통해 반사되어 챔버 몸체(110)의 내부를 왕복하면서 다수의 레이저 주사 라인들(164)을 형성하게 된다.
도 4를 참조하면, 레이저 공급부(160)는 하나의 레이저 발생기(162), 레이저 발생기(162)로부터의 레이저 빔을 챔버 몸체(110)의 내부를 왕복하도록 반사시키는 다수의 반사 부재들(168) 및 하나의 레이저 종결부(166)로 구성되어, 챔버 몸체(110)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들(164)을 형성할 수 있다.
한편, 레이저 공급부(160)는 도 2 내지 도 4에 도시된 구조 이외에도 챔버 몸체(110)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들(164)을 형성하기 위한 다양한 구조를 가질 수 있다. 또한, 레이저 발생기(162)로부터의 레이저 빔을 챔버 몸체(110)의 내부로 주사시키기 위하여 적절한 구조의 광학계가 사용될 수도 있다.
이와 같이, 챔버 몸체(110)의 외부에 설치된 레이저 공급부(160)를 통해 챔버 몸체(110)의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들(164)을 형성함으로써, 캐소드 전극(130)과 기판 지지대(120) 사이에 형성되는 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 피처리 기판(122)에 형성되는 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있 다. 또한, 레이저 주사 라인들(164)을 촘촘하면서도 균일하게 형성함으로써, 대면적에 걸친 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 피처리 기판(122)에 형성되는 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이며, 도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 캐소드 전극의 다양한 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치(200)는 챔버 몸체(210)의 하부에 설치된 가스 공급 어셈블리(220)를 포함할 수 있다. 가스 공급 어셈블리(220)는 가스 공급부(150)와 연결되는 가스 유입구(222), 하나 이상의 가스 분배판(224) 및 다수의 가스 출력홀들(226)을 포함한다.
캐소드 전극(230)은 가스 공급 어셈블리(220) 상에 설치된다. 캐소드 전극(230)은 가스 공급부(150)로부터 가스 공급 어셈블리(220)를 통하여 공급되는 반응 가스를 통과시키기 위한 다수의 가스 분사홀들(232)을 포함한다. 가스 분사홀들(232)은 가스 공급 어셈블리(220)의 가스 출력홀들(226)과 대응되게 형성된다. 가스 분사홀들(232)은 플라즈마 밀도의 균일성을 높이기 위하여 균일한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 가스 분사홀들(232)은 도 6에 도시된 바와 같이, 원 형상으로 형성될 수 있으며, 이 외에도 타원, 사각형, 삼각형, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 가스 분사홀들(232)은 도 7에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 길게 연장되는 슬릿 형상으로 형성될 수도 있다.
따라서, 가스 공급부(150)로부터 가스 유입구(222)를 통하여 입력된 반응 가스는 하나 이상의 가스 분배판(224)에 의해 고르게 분배되고, 가스 출력홀들(226)과 그에 대응된 가스 분사홀들(232)을 통하여 챔버 몸체(210)의 내부로 고르게 분사될 수 있다. 가스 공급 어셈블리(220)를 통하여 챔버 몸체(210)의 내부에 공급된 반응 가스는 가스 배기구(212)를 통해 외부로 배출된다. 한편, 챔버 몸체(210)의 상부에 형성된 가스 배기구(212)로 배출되는 반응 가스의 균일한 배기를 위하여 챔버 몸체(210)의 내측 상부에는 배기 배플(214)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 캐소드 전극(230)에 균일한 간격으로 형성된 가스 분사홀들(232)을 통해 반응 가스를 공급함으로써, 캐소드 전극(230)과 기판 지지대(120) 사이에 발생되는 플라즈마의 밀도를 균일하게 형성하여, 피처리 기판(122)에 증착되는 박막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5에서, 가스 공급 어셈블리(220)와 캐소드 전극(230)을 제외한 나머지 구성은 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도 5에는, 기판 지지대(120)가 상부에 설치되고 캐소드 전극(230) 및 가스 공급 어셈블리(220)가 하부에 설치된 구조가 도시되어 있으나, 이와 달리, 기판 지지대(120)가 하부에 설치되고 캐소드 전극(230) 및 가스 공급 어셈블리(220)가 상부에 설치된 구조를 가질 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치(300)는 가스 공급부(150)와 챔버 몸체(210) 사이에 설치되는 원격 플라즈마 발생기(Remote Plasma Generator : RPG, 240)를 더 포함할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(240)는 복수가 설치될 수 있다.
원격 플라즈마 발생기(240)는 가스 공급부(150)로부터 공급되는 반응 가스에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 원격 플라즈마 발생기(240)에서 발생된 플라즈마 가스는 가스 유입구(222)를 통하여 가스 공급 어셈블리(220)에 입력되고, 하나 이상의 가스 분배판(224)에 의해 고르게 분배되어, 가스 출력홀들(226)과 그에 대응된 가스 분사홀들(232)을 통하여 챔버 몸체(210)의 내부로 고르게 분사될 수 있다. 한편, 가스 공급부(150)는 원격 플라즈마 발생기(240)에 반응 가스를 공급하는 것과는 별도로, 다른 경로를 통해 챔버 몸체(210) 내부에 반응 가스를 공급할 수 있다.
이와 같이, 원격 플라즈마 발생기(240)를 통해 챔버 몸체(210) 내부에 플라즈마 가스를 공급함으로써, 챔버 몸체(210) 내부의 플라즈마 밀도를 더욱 증가시킬 수 있다.
한편, 도 8에서, 원격 플라즈마 발생기(240)가 추가된 것을 제외한 나머지 구성은 도 5에 도시된 것과 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도 8에는, 기판 지지대(120)가 상부에 설치되고 캐소드 전극(230) 및 가스 공급 어셈블리(220)가 하부에 설치된 구조가 도시되어 있으나, 이와 달리, 기 판 지지대(120)가 하부에 설치되고 캐소드 전극(230) 및 가스 공급 어셈블리(220)가 상부에 설치된 구조를 가질 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 화학기상증착 장치(400)는 챔버 몸체(410), 챔버 몸체(410)의 내부에 설치되고 피처리 기판(122)이 장착되는 기판 지지대(120), 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시켜 챔버 몸체(410)에 공급하는 원격 플라즈마 발생기(240), 원격 플라즈마 발생기(240)에 플라즈마 발생을 위한 반응 가스를 공급하는 가스 공급부(150) 및 플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 챔버 몸체(410) 내부에 레이저 빔을 공급하는 레이저 공급부(160)를 포함한다.
원격 플라즈마 발생기(240)에서 발생된 플라즈마 가스는 가스 유입구(412)를 통하여 챔버 몸체(410)에 입력되고, 하나 이상의 가스 분배판(414)에 의해 고르게 분배되어, 챔버 몸체(210)의 내부로 균일하게 공급될 수 있다.
본 실시예에서는, 앞선 실시예들과 달리 플라즈마 발생을 위한 캐소드 전극을 제거하는 대신, 원격 플라즈마 발생기(240)를 통해 챔버 몸체(410) 내부에 플라즈마를 공급함과 동시에, 레이저 공급부(160)를 통해 레이저 빔을 공급하여 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
한편, 도 9에는, 기판 지지대(120)가 하부에 설치되고 원격 플라즈마 발생기(240)가 챔버 몸체(410)의 상부에서 플라즈마를 공급하는 구조가 도시되어 있으나, 이와 달리, 기판 지지대(120)가 상부에 설치되고 원격 플라즈마 발생기(240)가 챔버 몸체(410)의 하부에서 플라즈마를 공급하는 구조를 가질 수도 있다. 또한, 도 9에 도시된 구성 요소 중에서 앞선 실시예들과 동일한 기능을 갖는 것에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같은 화학기상증착 장치에 따르면, 캐소드 전극에 무선 주파수 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하거나 원격 플라즈마 발생기를 통해 플라즈마를 공급함과 동시에, 챔버 몸체의 외부에 설치된 레이저 공급부를 통해 챔버 몸체의 내부에 다수의 레이저 주사 라인들을 형성함으로써, 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 피처리 기판에 형성되는 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 레이저 주사 라인들을 촘촘하면서도 균일하게 형성함으로써, 대면적에 걸친 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 피처리 기판에 형성되는 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 레이저 공급부의 다양한 구성 방법을 나타낸 도면들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 캐소드 전극의 다양한 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 화학기상증착 장치 110 : 챔버 몸체
116 : 레이저 투과 윈도우 120 : 기판 지지대
130 : 캐소드 전극 140 : 메인 전원 공급부
150 : 가스 공급부 160 : 레이저 공급부
162 : 레이저 발생기 164 : 레이저 주사 라인
168 : 반사 부재 240 : 원격 플라즈마 발생기

Claims (16)

  1. 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체 내부에 설치되며, 피처리 기판이 장착되는 기판 지지대;
    상기 챔버 몸체의 내부에 플라즈마를 유도하기 위하여 상기 피처리 기판을 사이에 두고 상기 기판 지지대와 대향하도록 설치되는 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극에 무선 주파수 전원을 공급하는 메인 전원 공급부;
    상기 챔버 몸체의 내부에 플라즈마의 생성을 위한 반응 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 상기 챔버 몸체의 내부에 레이저 빔을 공급하는 레이저 공급부를 포함하는 화학기상증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 공급부는 상기 챔버 몸체의 외부에 설치된 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 공급부는 상기 기판 지지대와 상기 캐소드 전극 사이로 레이저 빔이 주사될 수 있도록 상기 기판 지지대와 상기 캐소드 전극 사이 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 챔버 몸체는 상기 레이저 공급부로부터의 레이저 빔을 내부로 투과시키기 위한 하나 이상의 레이저 투과 윈도우를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레이저 공급부는 상기 레이저 투과 윈도우의 외부에 설치되어 상기 챔버 몸체의 내부로 레이저 빔을 주사하는 하나 이상의 레이저 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 공급부는 상기 레이저 발생기로부터 출력되는 레이저 빔을 반사시켜 상기 챔버 몸체 내부에 다수의 레이저 주사 라인을 형성하기 위해 상기 레이저 투과 윈도우의 외부에 설치되는 하나 이상의 반사 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 공급부와 상기 캐소드 전극 사이에 설치되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장 치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 접지와 연결된 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 정전척을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피처리 기판이 장착된 상기 기판 지지대를 선형 또는 회전 이동시키기 위한 이동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 플레이트 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 캐소드 전극은 상기 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스를 통과시키기 위한 다수의 가스 분사홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 상기 챔버 몸체에 공급하는 원격 플라즈마 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.
  16. 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체 내부에 설치되며, 피처리 기판이 장착되는 기판 지지대;
    고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시켜 상기 챔버 몸체에 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 발생기;
    상기 원격 플라즈마 발생기에 플라즈마 생성을 위한 반응 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    플라즈마의 밀도를 높이기 위하여 상기 챔버 몸체의 내부에 레이저 빔을 공급하는 레이저 공급부를 포함하는 화학기상증착 장치.
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