KR20100137192A

KR20100137192A - 균일한 가스 공급수단을 구비하는 플라즈마 장치

Info

Publication number: KR20100137192A
Application number: KR1020090055489A
Authority: KR
Inventors: 최유상; 이유진; 김동제
Original assignee: 주식회사 티지솔라
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2010-12-30
Also published as: KR101065747B1

Abstract

본 발명에 따른 균일한 가스 공급수단을 구비하는 플라즈마 장치는 챔버(100); 챔버(100) 내부 하측에 위치하며 기판(S)을 지지하는 지지대(200); 챔버(100) 내부 상측에 지지대(200)와 일정간격을 두고 위치하며 다수개의 노즐(310)을 포함하는 분사부(300); 및 분사부(300)와 연결되며, 가스를 분사부(300)의 중앙부에 공급하는 제1 가스 공급관(410)과, 가스를 분사부(300)의 가장자리부에 공급하는 다수개의 제2 가스 공급관(420)을 포함하는 가스 공급부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

플라즈마, 균일, 노즐, 격벽

Description

균일한 가스 공급수단을 구비하는 플라즈마 장치{PLASMA APPARATUS INCLUDING MEANS FOR UNIFORM SUPPLYING OF GAS}

본 발명은 균일한 가스 공급수단을 구비하는 플라즈마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내에 공급되는 가스(특히, 플라즈마 상태로 변화되는 공정가스)의 균일도를 제어하여 보다 정밀한 박막의 증착 또는 식각을 구현할 수 있는 플라즈마 증착 장치 또는 식각 장치에 관한 것이다.

반도체 또는 디스플레이 분야의 기판 상에 박막을 증착/식각하는 공정에 있어서, 낮은 온도에서 균일하고도 빠른 속도를 구현할 수 있는 플라즈마를 이용한 방법이 널리 활용되고 있다.

먼저, 플라즈마 식각 방법으로는, 플라즈마 이온에 의한 화학 반응 및 물리적 충돌에 의해 식각이 이루어지도록 하는 방법으로, 플라즈마를 생성하는 방법에 따라 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching; RIE), 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma: ICP) 등의 방식이 있다.

다음으로, 플라즈마 증착 방법으로는, 반응 가스를 플라즈마에 의해 이온과 라디칼로 분해하여 분해된 라디칼이 기판 표면에서 흡착된 후 가장 안정된 자리를 찾아 이동하고 새로운 결합을 통해 막을 형성하게 되는 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD), 플라즈마에 의해 가속된 이온으로 기판 상에 형성되는 박막물질로 구성된 타겟을 분리시켜 기판상에 박막을 형성하는 스퍼터링(Sputtering) 등의 방식이 있다.

이러한 플라즈마 장치들은 고온에서 진행되는 화학 기상 장치에 비해 기판을 저온으로 유지하면서도 박막을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 비교적 간단한 구조의 장치로도 짧은 시간에 박막을 형성하거나 식각할 수 있기 때문에 반도체 또는 디스플레이 분야 전반에 걸쳐서 널리 이용되고 있다.

특히, 대면적의 기판을 이용하는 기술이 발전됨에 따라 보다 균일한 증착/식각 공정이 요구되는데, 이를 위해서는 균일한 플라즈마를 형성하기 것이 필수적이다. 이러한 플라즈마의 균일도에 영향을 주는 요인으로는 챔버 내의 오염, 공정가스의 변화, 인가되는 전력의 변화 등이 있는데, 이들 중에서도 공정가스는 플라즈마의 밀도와 균일도에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요인이다.

하지만, 종래의 플라즈마 장치에서는 공정가스를 하나의 가스 공급관으로 공급한 후, 이를 다수개의 노즐에 의존하여 대면적으로 분사하는 방식을 채용하였다. 따라서, 다수개의 노즐에서 분사되는 공정가스를 제어할 수 있는 있었으나, 보다 근원적인 문제인 노즐 자체에 제공되는 공정가스의 균일도를 제어하기는 어려웠다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로,

플라즈마 장치 내의 특정 영역마다 공급되는 가스를 제어하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 플라즈마 장치 내의 가스 균일도와 플라즈마 균일도를 향상시키는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 플라즈마 장치 내에서 수행되는 박막의 증착/식각 균일도를 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 챔버; 상기 챔버 내부 하측에 위치하며 기판을 지지하는 지지대; 상기 챔버 내부 상측에 상기 지지대와 일정간격을 두고 위치하며 다수개의 노즐을 포함하는 분사부; 및 상기 분사부와 연결되며, 가스를 상기 분사부의 중앙부에 공급하는 제1 가스 공급관과, 가스를 상기 분사부의 가장자리부에 공급하는 다수개의 제2 가스 공급관을 포함하는 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치에 의해 달성된다.

이때, 상기 다수개의 제2 가스 공급관은 상기 분사부의 가장자리부 중 모서리 영역과 연결될 수 있다.

상기 분사부의 내부의 가장자리에는, 상기 제1 가스 공급관과 상기 제2 가스 공급관에서 각각 제공되는 가스의 수평 흐름을 차단하거나 조절하는 격벽이 더 구비될 수 있다.

상기 격벽은 상기 분사부의 내부의 가장자리 중 모서리 영역에 소정의 공간을 형성할 수 있다.

상기 분사부의 내부에는 상기 제1 가스 공급관과 상기 노즐 사이에 위치하며, 가스의 수직 흐름을 차단하거나 조절하는 제1 차단판이 더 구비될 수 있다.

상기 격벽의 하부에는 상기 제2 가스 공급관과 상기 노즐 사이에 위치하며, 가스의 수직 흐름을 차단하거나 조절하는 제2 차단판이 더 구비될 수 있다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 장치 내의 노즐에 공급되는 가스를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마 장치 내의 가스 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마 장치 내의 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마 장치 내에서 박막이 균일하게 증착되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마 장치 내에서 박막이 균일하게 식각되는 효과를 얻을 수 있다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발 명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[본 발명의 바람직한 실시예]

본 명세서에 있어서, 플라즈마 장치는, 반도체(예를 들면, 메모리 또는 비메모리 반도체), 평판 디스플레이(예를 들면, 액정 표시 장치 또는 유기 전계 발광표시장치)와 같이 박막을 형성하는 플라즈마 증착 장치 또는 박막을 식각하는 플라즈마 식각 장치를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

플라즈마 장치의 구성

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 균일한 가스 공급수단을 구비하는 플라즈마 장치의 간략한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치는 챔버(100), 지지대(200), 분사부(300) 및 가스 공급부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버(100)는 지지대(200)와 분사부(300) 사이에서 생성되는 플라즈마(미도시)에 의해 기판(S) 상에 증착 또는 식각 작용이 이루어지도록 하는 밀폐공간으로, 소정의 분위기(예를 들면, N₂)와 압력(예를 들면, 진공)으로 유지될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지대(200)는 챔버(100) 내부의 하측에 위치되며, 기판(S)을 지지하면서 고정시키는 기능을 수행할 수 있는데, 기판(S)을 반입하거나 반출하는 기능을 더 수행할 수 있다.

또한, 이러한 지지대(200)는 전기적으로는 전극(하부전극)의 기능을 수행할 수 있어, 도시된 바와 같이 접지되거나 도시되는 않았지만 외부에 위치하는 전원 공급 장치로부터 직류(DC) 또는 고주파 전원(AC)이 공급되어 플라즈마를 생성시키는 하나의 전극일 수 있다. 이러한 전기적인 구성은 증착/식각 및 그 구동방식에 따라 다르게 구성될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사부(300)는 챔버(100) 내부에 지지대(200)와 일정간격을 두고 상부에 위치되며, 가스(특히, 플라즈마 상태로 변화되는 공정가스)를 분사시키는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 분사부(300)는 내부 에 형성된 공간과 가스 공급부(400)가 연결되어 있어 소정의 가스를 공급받고, 공급된 가스를 하부에 구비되는 다수개의 노즐(310)에 의해 균일하게 분사할 수 있다.

또한, 본 발명의 분사부(300)는 전기적으로는 전극(상부전극)의 기능도 수행할 수 있어, 도시된 바와 같이 외부에 위치하는 전원 공급 장치(500)로부터 공급되는 직류 또는 고주파 전원에 의해 플라즈마를 생성시키는 하나의 전극일 수 있다.

따라서, 지지대(200)와 분사부(300) 사이에는 외부에서 인가되는 전압에 따라 유도된 전기장에 의해 가속된 전자와 가스 분자의 충돌로 인해 플라즈마가 생성될 수 있다. 일례로, 분사부(300)를 통해 공정가스 N₂를 균일하게 공급한 후 외부의 전원 공급 장치에 의해 지지대(200)와 분사부(300) 사이에 전기장이 형성되어 N₂를 플라즈마 상태로 변화시킬 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치가 증착 장치일 경우에는 일례로, SiH₄와 NH₃로 구성된 반응가스를 더 공급하여 기판(S) 상에 실리콘 질화물을 형성할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부(400)는 분사부(300)의 중앙부에 가스를 공급하는 제1 가스 공급관(410)과, 분사부(300)의 가장자리부에 가스를 공급하는 다수개의 제2 가스 공급관(420)을 포함할 수 있다.

이와 같이, 분사부(300)의 영역마다 서로 다른 공급관을 통해 가스를 공급하는 본 발명에 의한 가스 공급부(400)는, 가스가 분사부(300)의 중앙부에만 공급되는 것을 방지하고 분사부(300)의 가장자리부에도 균일하게 분배될 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 균일한 가스 공급수단인 분사부(300) 및 가스 공급부(400)의 보다 구체적인 설명은 도 2a 내지 도 2c를 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 명확해질 것이다.

균일한 가스 공급수단의 구성

이하에서는, 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 분사부(300) 및 가스 공급부(400)의 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 균일한 가스 공급수단을 나타내는 간략한 평면도이다.

도 2b는 본 발명의 도 2a에서 A부터 A’까지의 영역을 나타내는 단면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 소정의 가스를 분사부(300)의 중앙부에 공급하는 제1 가스 공급관(410)이 구비되고, 소정의 가스를 분사부(300)의 가장자리부에 공급하는 다수개의 제2 가스 공급관(420)이 구비될 수 있다. 이때, 분사부(300)의 가장자리부 중에서도 특히, 모서리 영역은 중앙부에서 가장 먼 거리에 해당하여 가스 공급이 불량하기 때문에, 이를 해결하기 위하여 제2 가스 공급관(420)을 모서리 영역에 연결시키는 것이 바람직하다.

한편, 분사부(300)의 내부 가장자리부에는, 제1 가스 공급관(410)과 제2 가스 공급관(420)에서 각각 제공되는 가스의 수평 흐름을 차단시키는 격벽(330)이 더 구비될 수 있는데, 이때, 격벽(330)은 제2 가스 공급관(420)과 동일한 이유로 분사부(300)의 내부의 가장자리부 중 모서리 영역에 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 격벽(330)은 분사부(300)의 내부 높이와 동일하게 형성하여 분사 부(300) 내부의 중앙부와 가장자리부를 완전하게 차단시킬 수 있으나, 도시된 바와 같이 분사부(300)의 내부 높이 보다 크기를 작게 형성하여 제1 가스 공급관(410)에서 공급된 가스 일부가 제2 가스 공급관(420)에서 공급된 가스와 합류 되도록 조절할 수 있다. 이는, 가스를 분사부(300) 내부에서 보다 균일하게 확산시키기 위함이다.

또한, 분사부(300)의 내부에는 제1 가스 공급관(410)과 노즐(310) 사이에 위치하며, 가스의 수직 흐름을 차단시키는 제1 차단판(320)이 더 구비될 수 있다. 따라서, 제1 가스 공급관(410)과 마주보는 특정 노즐(310)에 가스가 집중적으로 공급되는 것을 방지하고 수평방향으로 균일하게 확산되는 효과를 얻을 수 있다.

이러한 제1 차단판(320)은 가스를 차단할 수 있는 다양한 형상의 평판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 미세한 메시(Mesh) 구조와 같이 가스 일부를 통과시킬 수 있는 구조일 수도 있어, 수직 방향으로 통과되는 가스의 양을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.

도 2c는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 균일한 가스 공급수단을 나타내는 단면도이다.

도 2c를 참조하면, 상술된 본 발명의 일 실시예에 의한 격벽(330)의 하부에는 제2 가스 공급관(420)과 노즐(310) 사이에 위치하며, 가스의 수직 흐름을 차단시키는 제2 차단판(340)이 더 구비될 수 있다. 따라서, 제2 가스 공급관(420)과 마주보는 특정 노즐(310)에 가스가 집중적으로 공급되는 것을 방지하고 균일하게 확산되는 효과를 얻을 수 있는데, 이는 제1 차단판(320)의 구성 및 기능과 동일할 수 있다.

한편, 이상의 상세한 설명에서 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 챔버

200: 지지대

300: 분사부

310: 노즐

320: 제1 차단판

330: 격벽

340: 제2 차단판

400: 가스 공급부

410: 제1 가스 공급관

420: 제2 가스 공급관

Claims

챔버;

상기 챔버 내부 하측에 위치하며 기판을 지지하는 지지대;

상기 챔버 내부 상측에 상기 지지대와 일정간격을 두고 위치하며 다수개의 노즐을 포함하는 분사부; 및

상기 분사부와 연결되며, 가스를 상기 분사부의 중앙부에 공급하는 제1 가스 공급관과, 가스를 상기 분사부의 가장자리부에 공급하는 다수개의 제2 가스 공급관을 포함하는 가스 공급부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 다수개의 제2 가스 공급관은 상기 분사부의 가장자리부 중 모서리 영역과 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 분사부의 내부의 가장자리에는, 상기 제1 가스 공급관과 상기 제2 가스 공급관에서 각각 제공되는 가스의 수평 흐름을 차단하거나 조절하는 격벽이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제3항에 있어서,

상기 격벽은 상기 분사부의 내부의 가장자리 중 모서리 영역에 소정의 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 분사부의 내부에는 상기 제1 가스 공급관과 상기 노즐 사이에 위치하며, 가스의 수직 흐름을 차단하거나 조절하는 제1 차단판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제3항에 있어서,

상기 격벽의 하부에는 상기 제2 가스 공급관과 상기 노즐 사이에 위치하며, 가스의 수직 흐름을 차단하거나 조절하는 제2 차단판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.