KR20130114656A - 바람직하지 않은 조사로부터 기판을 차폐하기 위한 반응 챔버 내 전도성 부재를 갖는 플라즈마 반응기 - Google Patents

바람직하지 않은 조사로부터 기판을 차폐하기 위한 반응 챔버 내 전도성 부재를 갖는 플라즈마 반응기 Download PDF

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Abstract

원격 플라즈마 반응기의 플라즈마 챔버와 기판 사이에 전도성 부재를 위치시켜, 기판을 바람직하지 않은 전자기 방사(radiation), 이온 또는 전자의 조사(irradiation)로부터 차폐시키는 것이 개시된다. 전도성 부재는 전자기 방사를 막고, 이온을 중성화하며, 전자를 흡수한다. 플라즈마 챔버에 생성된 라디칼(radical)은 전도성 부재의 배치에도 불구하고 기판으로 흘러간다. 이러한 방식으로, 기판은 라디칼에 노출시키면서 전자기 방사, 이온 또는 전자로 인한 기판의 손상은 감소 또는 제거한다.

Description

바람직하지 않은 조사로부터 기판을 차폐하기 위한 반응 챔버 내 전도성 부재를 갖는 플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR WITH CONDUCTIVE MEMBER IN REACTION CHAMBER FOR SHIELDING SUBSTRATE FROM UNDESIRABLE IRRADIATION}
본 발명은 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 하나 이상의 물질 층을 증착하기 위하여 사용되는 플라즈마 반응기에 대한 것이다.
플라즈마는 고집중된 여기(excited) 원자, 분자, 이온 및 자유 라디칼(radical) 종(species)으로 이루어지는 부분적으로 이온화된 기체이다. 플라즈마에 의하여 생성된 라디칼은 다양한 목적으로 사용될 수 있으며, 여기에는 (i) 기판의 표면을 반응성 종 또는 라디칼에 노출시킴으로써 표면 특성을 화학적 또는 물리적으로 변경하는 것, (ii) 진공 챔버 내에서 반응성 종 또는 라디칼과 원료전구체(source precursor)의 반응을 야기하여 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD)을 수행하는 것, 및 (iii) 원료전구체 분자가 흡착된 기판을 반응성 종 또는 라디칼에 노출시켜 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD)을 수행하는 것이 포함된다.
플라즈마 반응기에는 (i) 직접 플라즈마 반응기, 및 (ii) 원격(remote) 플라즈마 반응기의 두 종류가 있다. 직접 플라즈마 반응기는 에너지를 갖는 입자(예컨대, 자유 라디칼, 전자 및 이온) 및 기판에 직접 접촉하는 방사(radiation)를 생성할 수 있다. 이러한 접촉은 기판의 표면에 손상을 가할 수 있으며 또한 기판에 흡착된 원료전구체 분자를 분해할 수 있다. 따라서, 직접 플라즈마 반응기는 반도체 장치 또는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED) 장치의 제조에 있어 사용이 제한된다.
원격 플라즈마 장치는 기판으로부터 떨어진 위치에서 플라즈마를 생성한다. 플라즈마를 생성할 때, 플라즈마의 결과로서 다른 바람직하지 않은 전자, 자외선, 또는 이온들의 조사(irradiation)가 발생할 수 있다. 기판은 이러한 조사에 노출될 수 있어 기판에 손상이 가해지거나 기판의 특성에 바람직하지 않은 변화가 생길 수 있다.
기판을 바람직하지 않은 조사(irradiation)로부터 차폐시키는, 기판의 표면 처리 또는 기판상의 물질 층 증착 방법을 제공한다..
실시예들은, 플라즈마에 의해 생성된 라디칼(radical)을 기판상에 주입하는 한편 전도성 부재를 이용하여 기판을 바람직하지 않은 조사(irradiation)로부터 차폐시키는, 기판의 표면 처리 또는 기판상의 물질 층 증착에 대한 것이다. 플라즈마 반응기에 형성된 플라즈마 챔버 내로 기체가 주입되어 라디칼을 생성한다. 플라즈마 반응기에서 생성된 라디칼은 플라즈마 반응기에 형성된 천공(perforation) 및 반응 챔버를 통해 기판상에 주입된다. 전도성 부재는 천공과 기판 사이에 위치하여, 플라즈마 챔버와 기판 사이의 직선 경로를 막음으로써 기판을 바람직하지 않은 조사로부터 차폐시킨다.
일 실시예에서, 플라즈마 챔버는 플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 전극들에 의하여 정의된다. 전극 사이에 전압 신호가 인가되어 라디칼이 생성된다.
일 실시예에서, 기판은 기판의 다른 부분에 라디칼을 주입하기 위하여 이동된다.
일 실시예에서, 전도성 부재는 플라즈마 반응기의 몸체를 통하여 접지된다.
일 실시예에서, 플라즈마 반응기에는 기체를 플라즈마 챔버로 운송하기 위한 채널이 형성된다.
일 실시예에서, 과잉 라디칼 또는 기체는 플라즈마 반응기에 형성된 반응 챔버의 측면과 배기부 사이의 통로를 통하여 배출된다.
일 실시예에서, 기판으로부터 통로의 천장까지의 거리는 반응 챔버의 폭의 2/3 미만이며 기판으로부터 천공까지의 거리의 2/3 미만이다.
일 실시예에서, 전도성 부재는 굴곡지고 매끄러운 표면을 갖는다. 전도성 부재는 원형 단면을 가질 수도 있다.
일 실시예에서, 전도성 부재에는 또 다른 기체를 반응 챔버 내로 주입하기 위한 채널이 형성된다.
실시예들은 또한 몸체, 전극 및 전도성 부재를 포함하는 플라즈마 반응기에 대한 것이다. 몸체에는 플라즈마 챔버, 반응 챔버 및 플라즈마 챔버와 반응 챔버 사이의 천공이 형성된다. 플라즈마에 의해 플라즈마 챔버 내에 생성된 라디칼은 천공을 통해 반응 챔버로 이동한다. 반응 챔버를 통과하는 기판 부분에 라디칼이 주입된다. 반응 챔버 내에 위치한 전극은, 전극에 전압 신호를 인가함으로써 플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 생성한다. 기판과 천공 사이에 위치한 전도성 부재는 플라즈마 챔버 내에 생성된 바람직하지 않은 조사로부터 기판을 차폐시킨다.
일 실시예에서, 전도성 부재의 폭은 천공의 폭 이상이다.
기판은 라디칼에 노출시키면서 전자기 방사, 이온 또는 전자로 인한 기판의 손상은 감소시키거나 제거될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 선형 증착 장치의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 선형 증착 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 회전 증착 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 5a는, 일 실시예에 따라, 도 4의 플라즈마 반응기의 A-B를 잇는 직선을 따른 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 5b는, 일 실시예에 따라, 전도성 막대에 의하여 라디칼 챔버와 기판 사이의 선형 경로가 막힌 것을 도시하기 위한 플라즈마 반응기의 확대도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시하는 단면도이다.
도 7은, 일 실시예에 따라, 기체를 운반하기 위한 채널 및 홀이 형성된 전도성 막대의 단면도이다.
도 8은, 일 실시예에 따라, 기판을 바람직하지 않은 조사(irradiation)로부터 차폐시키면서 기판을 라디칼(radical)에 노출시키는 공정의 순서도이다.
본 명세서의 실시예들은 첨부된 도면을 참조로 설명된다. 그러나, 본 명세서에서 기술되는 원칙들은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 명세서에서 기재된 실시예들에 한정되지 않는다. 명세서에서, 실시예들의 특징을 명확하게 하기 위하여 잘 알려진 특징 및 기술에 대한 불필요한 설명은 생략한다.
도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 구성요소들을 나타낸다. 도면의 형상, 크기 및 영역 등은 알기 쉽도록 과장될 수 있다.
실시예들은 원격 플라즈마 반응기의 플라즈마 챔버와 기판 사이에 전도성 부재를 배치하여 기판을 바람직하지 않은 전기자기적 방사(radiation), 이온 또는 전자의 조사(irradiation)로부터 차폐시키는 것에 대한 것이다. 전도성 부재는 전자기파를 차단하고, 이온을 중성화하며 전자를 흡수한다. 플라즈마 챔버에서 생성된 라디칼(radical)은 전도성 부재가 배치됨에도 불구하고 기판으로 흘러간다. 이러한 방식으로, 기판이 라디칼에는 노출되는 한편 전자기 방사, 이온 또는 전자로 인한 기판의 손상을 감소시키거나 제거한다.
도 1은 일 실시예에 따른 선형 증착 장치(100)의 단면도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 선형 증착 장치(100)의 사시도이다(설명을 위해 챔버 벽은 생략됨). 선형 증착 장치(100)는, 비 한정적인 구성 요소로서, 지지 기둥(118), 공정 챔버(110) 및 하나 이상의 반응기(136)를 포함할 수 있다. 반응기(136)는 하나 이상의 주입기 및 플라즈마 반응기를 포함할 수 있다. 각각의 주입기는 원료전구체(source precursor), 반응전구체(reactant precursor), 퍼지 기체(purge gas) 또는 이들 물질의 조합을 기판(120)상에 주입한다. 각각의 플라즈마 반응기는 라디칼을 생성하고 라디칼을 기판(120)상에 주입한다.
벽에 의하여 둘러싸인 공정 챔버는 오염물이 증착 공정에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 진공 상태로 유지될 수 있다. 공정 챔버(110)는 기판(120)을 수용하는 서셉터(susceptor)(128)를 포함한다. 서셉터(128)는 미끄러져 이동할 수 있도록 지지판(124)상에 위치한다. 지지판(124)은 기판(120)의 온도를 제어하기 위한 온도 조절기(예컨대, 가열기 또는 냉각기)를 포함할 수 있다. 선형 증착 장치(100)는 또한 서셉터(128) 상에 기판(120)을 로딩(loading)하는 것 또는 서셉터(128)로부터 기판(120)을 탈착하는 것을 용이하게 하기 위한 리프트 핀(lift pin)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 서셉터(128)는 나사가 형성된 연장 바(bar)(138)를 따라 이동하는 브래킷(bracket)(210)에 고정된다. 브래킷(210)은 연장 바(138)를 수용하는 구멍 내에 대응되는 나사를 갖는다. 연장 바(138)는 모터(114)의 스핀들(spindle)에 고정되며, 따라서, 모터(114)의 스핀들이 회전함에 따라 연장 바(138)가 회전된다. 연장 바(138)의 회전에 의해 브래킷(210)이(또한, 따라서 서셉터(128)가) 지지판(124)상에서 선형 이동된다. 모터(114)의 속도 및 회전 방향을 제어함으로써, 서셉터(128)의 선형 이동의 속도 및 방향이 제어될 수 있다. 모터(114) 및 연장 바(138)를 사용하는 것은 서셉터(128)를 이동시키기 위한 메커니즘의 단지 일 예이다. 서셉터(128)를 이동시키는 다양한 다른 방법(예컨대, 서셉터(128)의 바닥, 상부 및 측면에 기어(gear) 및 피니언(pinion)을 사용하는 것)이 채용될 수 있다. 나아가, 서셉터(128)를 이동시키는 대신, 서셉터(128)를 고정시키고 반응기(136)가 이동될 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 회전 증착 장치(300)의 사시도이다. 도 1의 선형 증착 장치(100)를 사용하는 대신, 다른 실시예에 따라 증착 공정을 수행하기 위해 회전 증착 장치(300)가 사용될 수 있다. 회전 증착 장치(300)는, 비 한정적인 구성 요소로서, 반응기(320, 334, 364, 368), 서셉터(318) 및 이들 구성 요소들을 수용하는 컨테이너(324)를 포함할 수 있다. 서셉터(318)는 기판(314)을 위치에 고정한다. 반응기(320, 334, 364, 368)는 기판(314) 및 서셉터(318)의 상부에 위치한다. 서셉터(318) 또는 반응기(320, 334, 364, 368)이 회전하여 기판(314)이 상이한 공정들을 거치게 된다.
반응기(320, 334, 364, 368) 중 하나 이상은 원료전구체, 반응전구체, 퍼지 기체 및/또는 다른 물질을 공급하는 기체 파이프(미도시)에 연결된다. 기체 파이프에 의하여 공급되는 물질은 (i) 반응기(320, 334, 364, 368)에 의하여 직접 기판(314)상에 주입되거나, (ii) 반응기(320, 334, 364, 368) 내부의 챔버에서 혼합된 후 주입되거나, 또는 (iii) 반응기(320, 334, 364, 368) 내에 생성된 플라즈마에 의해 라디칼로 변환된 후 주입될 수 있다. 물질이 기판(314)상에 주입된 후, 여분의 물질들은 출구부(outlet)(330, 338)를 통해 배출될 수 있다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 선형 증착 장치(100), 회전 증착 장치(300) 또는 다른 형태의 증착 장치에서 사용될 수 있다. 선형 증착 장치(100) 및 회전 증착 장치(300)의 예를 들면, 기판(120)(또는 314)을 반응기에 대해 일 방향으로 이동시키고 또한 반대 방향으로 이동시킴으로써, 기판(120)(또는 314)이 상이한 순서의 공정을 거칠 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기(136A)를 도시하는 도면이다. 플라즈마 반응기(136A)는 배출 파이프(412A, 412B)에 연결된 몸체(410)를 갖는다. 기체를 주입하기 위해 채널, 홀(hole) 또는 슬릿(slit), 플라즈마 챔버, 및 반응 챔버가 몸체(410) 내에 형성되며, 주입된 기체의 라디칼을 생성하기 위하여 전압 신호가 인가된다. 채널, 플라즈마 챔버 및 반응 챔버는 플라즈마 반응기(136A)에 걸쳐 길이 방향으로 연장된다. 플라즈마 챔버는 전극에 의하여 정의되며 이에 기체가 공급된다. 전극 사이에 전압 신호를 인가함으로써, 플라즈마 챔버(136A) 내에 라디칼이 생성된다. 플라즈마 챔버에 생성된 라디칼은 기판(120) 위에 위치하는 반응 챔버를 통하여 기판(120)상에 주입되며, 이는 도 5a를 참조하여 상세히 후술한다.
플라즈마 챔버(136A)는 과잉 기체 및 과잉 라디칼을 배출하기 위한 메커니즘을 포함하며, 이는 도 5a를 참조하여 상세히 후술한다. 과잉 기체는 플라즈마 반응기에 의하여 라디칼로 여기되지 않은 분자뿐만 아니라 라디칼이 플라즈마 반응기(136A)를 통해 이동하는 동안 불활성 상태로 되돌아간 라디칼을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 반응기(136A)는 기판(420)상에 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD)을 수행하기 위한 전구체의 기능을 하는 라디칼을 생성한다. 또는, 라디칼은 후속 증착 공정을 증진시키기 위하여 기판(420)의 표면을 처리하는 기능을 할 수도 있다.
일 실시예에서, 기판(120)은 수평 방향(예컨대, 도 4에서 우측 또는 좌측 방향)으로 이동하여 기판(120)의 상이한 부분들에 라디칼이 주입된다. 또는, (기판(120) 대신) 플라즈마 반응기(136A)가 수평 방향으로 이동하여 기판(120)의 상이한 부분들이 라디칼에 노출된다.
도 5A는, 일 실시예에 따른, A-B를 잇는 직선을 따른 도 4의 플라즈마 반응기(136A)의 단면도이다. 플라즈마 반응기(136A)의 몸체(410)에, 배기부(538A, 538B), 기체 채널(502), 슬릿 또는 홀(506), 라디칼 챔버(514), 반응 챔버(530) 및 천공(perforation)(522)이 형성된다. 일 실시예에서, 기체 채널(502) 및 슬릿/홀(506)을 통하여 라디칼 챔버(514) 내로 기체가 주입된다. 플라즈마 반응기 내로 주입되는 기체는 단일 유형의 기체로 이루어질 수 있으며, 또는 다수 유형의 기체를 포함할 수도 있다. 외부 전극(510) 및 내부 전극(518)이 라디칼 챔버(514)를 정의한다.
몸체(410)의 외부 측벽(540A, 540B)과 기판(420) 사이의 간격은 Z1이다. 일 실시예에서, Z1은 0.5mm 내지 3mm의 범위 내에 있다. 기판(420)으로부터 통로(528)의 천장까지의 거리는 Z2이다.
전압 신호가 외부 전극(510)과 내부 전극(518) 사이에 인가되어 라디칼 챔버(514) 내에 플라즈마를 생성한다. 일 실시예에서, 외부 전극(510)은 접지되거나 전압원에 연결된 몸체(410)의 일부이다. 전압 신호를 인가한 결과, 라디칼 챔버(514) 내에 기체의 라디칼뿐만 아니라 전자기파(예컨대, 자외선), 이온 또는 전자의 조사(irradiation)가 생성된다.
기판(420)이 전자기파(예컨대, 자외선)에 노출되면 기판에 바람직하지 않은 변화가 야기될 수 있다. 예를 들어, 기판상에 트랜지스터를 형성하는 경우, 기판이 자외선에 노출되는 것은 표면의 거칠기를 증가시키거나 계면 특성을 열화시켜 기판의 캐리어 이동도(carrier mobility)를 감퇴시키거나 트랜지스터의 문턱 전압(Vth)의 시프트(shift)를 야기할 수 있다. 또한, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED)에 사용되는 장치, 랭무어-블로짓(Langmuir-Blodgett; LB) 필름과 같은 유기 박막 또는 이러한 막을 포함하는 장치들은 자외선에 대한 노출의 결과로 유기 물질의 분자 구조 변화 또는 유기 물질의 해리(disassociation)를 겪게될 수 있다. 이온 및 전자 역시 이들에 의한 기판 표면상의 충격(bombardment)으로 인한 충전 현상(charge-up phenomenon) 또는 연쇄 효과(knock-on effect)를 야기하여 기판에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 플라즈마 챔버(514)에 생성된 전자기파, 이온 및 전자로부터 기판을 차폐시키는 것이 바람직하다.
폭(M)을 갖는 천공(522)을 통하여, 라디칼 뿐만 아니라 전자기파, 이온 또는 전자가 반응 챔버(530)로 들어간다. 반응 챔버(530) 내에는 천공(522)과 기판(420) 사이에 원통형 막대(530)가 위치한다. 원통형 막대(530)는 천공(522)을 통과하는 전자기파(예컨대, 자외선)을 막고, 이온을 중성화하며, 전자를 흡수한다. 이를 위하여, 원통형 막대(530)는 (예컨대, 몸체(410)를 통하여) 접지될 수 있다. 한편, 라디칼은 원통형 막대(530)의 양 측면을 통과하여 기판(420)의 표면으로 내려간다. 그리고 라디칼이 기판(420)의 표면과 반응하여 물질을 증착하거나 기판(420)의 표면을 처리한다.
원통형 막대(530)는 원통형 막대(530) 아래의 기판(420)을 차폐시키기에 충분한 직경(D)을 갖는다. 직경(D)은 바람직하게는 천공(522)의 폭(M)보다 커서 라디칼 챔버(514)에서 생성된 전자기파가 원통형 막대(530)에 의하여 막히도록 한다. 그러나, 직경(D)은 반응 챔버(530)의 폭(WE) 보다는 충분히 작아 라디칼이 라디칼 흐름을 심각하게 저해받지 않고 원통형 막대(530)와 반응 챔버(530)의 측벽 사이를 통해 기판(420)을 향해 아래로 흘러갈 수 있도록 한다. 원통형 막대(526)는 원통형 막대(526)가 천공(522)으로부터 나오는 라디칼의 흐름을 완전히 막지 않는 반응 챔버(530) 내의 수직 위치에 위치할 수 있다. 원통형 막대(530)는 금속(예컨대, 스테인리스 스틸(stainless steel))과 같은 전기전도성 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 원통형 막대(530)는 충분한 강직도(rigidity)를 가져 원통형 막대(530)의 양 끝을 몸체(410)에 고정함으로써 원통형 막대(530)가 반응 챔버(530) 내에 매달린 채로 유지될 수 있다.
반응 챔버(530) 아래의 기판(420)과 접촉한 후 남아있는 라디칼 및 주입 기체는, 몸체(410)의 양쪽으로 반응 챔버(530)와 배기부(538A, 538B) 사이에 형성된 통로(528)를 통하여 이동한다. 배기부(538A, 538B) 내의 라디칼 또는 기체는 배출 파이프(412A, 412B)를 통하여 배출된다.
하나 이상의 실시예에서, 통로(528)의 높이(Z2)는 기판으로부터 천공(522)까지의 거리(H)의 2/3 미만이다. 적당한 양의 라디칼이 불활성 상태로 되돌아가지 않고 기판(420)까지 이동하도록 하기 위하여, 거리(H)는 80mm 이하일 수 있다. 또한, 통로(528)의 높이(Z2)는 반응 챔버(530)의 폭(WE)의 2/3 미만이다. 통로(528)의 이와 같은 구성은, 다른 이유들 중에서도, 기체 및 라디칼의 속도 및/또는 압력이 벤츄리(Venturi) 효과에 의하여 동적으로 제어될 수 있다는 점에서 이점이 있다.
막대(530)의 원통형 형상은, 다른 이유들 중에서도, 막대(530)의 굴곡있는 표면으로 인해 천공(522)으로부터 주입된 라디칼이 과도한 막힘 없이 매끄럽게 기판(420)으로 흘러갈 수 있는 점에서 이점이 있다. 사각형 형상, 타원 형상 또는 다른 다양한 기하학적 형상과 같은 다른 단면 프로파일(profile)을 갖는 막대가 사용될 수도 있다.
도 5b는, 일 실시예에 따라, 라디칼 챔버(514)와 기판(420) 사이의 선형 경로(560, 564)가 전도성 막대(518)에 의하여 막힌 것을 도시하는 플라즈마 반응기(136A)의 확대도이다. 라디칼 뿐만 아니라 바람직하지 않은 조사(irradiation)가 라디칼 챔버(514)에 생성된다. 조사는 직선 경로를 따라 이동하므로, 도 5b의 경로(564) 및 경로(560)는 기판(420)에 도달할 수 있는 조사의 극단의 말단 경로를 나타낸다. 이들 경로(564, 560)는 전도성 막대(518)에 의하여 완전히 막힌다. 라디칼 챔버(514)로부터 기판(420)에 도달하기 위한 조사의 다른 경로는 이들 두 극단 경로(564, 650) 사이에 놓여지며, 따라서, 이들 경로들 역시 전도성 막대(518)에 의하여 완전히 막힌다.
반면, 라디칼은 기판(420)에 도달하기 위해 직선 경로를 취할 필요가 없다. 즉, 라디칼은 몸체(410) 및 전도성 막대(518) 사이의 비선형 경로(568)를 따라 기판 및 통로(528)에 도달할 수 있다. 따라서, 전도성 막대(518)가 있음에도 불구하고 라디칼은 기판(420)에 도달할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(600)를 도시하는 단면도이다. 플라즈마 반응기(600)는 배기부(638)가 몸체(601)의 일 측면에만 형성되는 점에서 플라즈마 반응기(136A)와 상이하다. 플라즈마 반응기(600)의 나머지 구조는 플라즈마 반응기(136A)와 실질적으로 동일하다.
플라즈마 반응기(600)의 몸체(601)에는, 배기부(638), 기체 채널(602), 슬릿 또는 홀(606), 라디칼 챔버(614), 반응 챔버(630) 및 천공(622)이 형성된다. 일 실시예에서, 기체는 기체 채널(602) 및 슬릿/홀(606)을 통하여 라디칼 챔버(614) 내로 주입된다. 외부 전극(610) 및 내부 전극(618)이 라디칼 챔버(614)를 정의한다.
전도성 막대(626)는 반응 챔버(614) 내에서 천공(622)과 기판(420) 사이에 위치한다. 전도성 막대(626)는 도 5a를 참조하여 상세히 전술한 전도성 막대(526)와 동일한 기능을 갖는다.
플라즈마 반응기는 도 5 및 6의 실시예와 상이한 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, (i) 기체가 하나 이상의 기체 채널 또는 경로를 통하여 플라즈마 챔버에 주입되거나, (ii) 플라즈마 반응기가 하나 이상의 플라즈마 챔버가 형성된 몸체를 갖거나, 또는 (iii) 반응 챔버가 사각형 형상 또는 타원 형상 등 다른 형상을 가질 수도 있다.
전도성 막대는 추가적으로 기체를 반응 챔버로 운송하는 기능을 수행할 수도 있다. 도 7은, 일 실시예에 따라, 기체를 운반하기 위한 채널(720) 및 홀(730)을 갖는 전도성 막대(710)의 단면도이다. 전도성 막대로 주입된 기체는, 예컨대, ALD, CVD 또는 분자 기상 증착(molecular vapor deposition; MVD)을 이용하여 물질을 증착하기 위한 전구체 또는 퍼지 기체일 수 있다. 전도성 막대(710)의 채널(720)을 통하여 플라즈마 반응기의 반응 챔버 내로 기체를 주입함으로써, 기체를 반응 챔버로 주입하기 위한 별도의 채널이 플라즈마 반응기의 몸체에 형성될 필요가 없으므로 플라즈마 반응기의 몸체의 구조가 단순화된다. 또한, CF4 및 NF3와 같은 클리닝(cleaning) 기체가 전도성 막대(710)의 채널(720)을 통해 주입되어 기판(420)상에 물질이 증착된 후 클리닝 공정을 수행할 수 있다. SiH4와 같은 원료전구체 또한 채널(720)을 통해 주입되어 SiO2 또는 SiN 막을 기판(420)상에 증착하거나 기판을 도핑(doping)할 수 있다.
도 8은, 일 실시예에 따라, 기판을 바람직하지 않은 조사로부터 차폐시키면서 기판을 라디칼에 노출시키는 공정을 도시하는 순서도이다. 먼저, 플라즈마 반응기의 몸체의 채널 및 슬릿 또는 홀을 통하여 기체가 플라즈마 챔버 내로 주입된다(810). 다음으로, 플라즈마 챔버를 정의하는 전극에 전압 신호가 인가되어(820) 라디칼을 생성한다. 라디칼이 생성되는 동안, 기판에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 전자기파, 이온 또는 전자 또한 생성된다.
생성된 라디칼은 플라즈마 반응기의 반응 챔버 내로 주입된다(830). 전자기파, 이온 또는 전자 역시 반응 챔버 내로 유입될 수 있다. 이와 같은 바람직하지 않은 전자기파, 이온 또는 전자가 기판에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 플라즈마 챔버와 기판 사이에 위치한 전도성 막대를 이용하여 기판을 차폐시킨다(840). 전도성 막대는 기판에 대해 전자기파를 막고, 전도성 막대의 위치로 들어오는 이온을 중성화하며, 전자를 흡수한다.
기판이 바람직하지 않은 전자기파, 이온 또는 전자에 노출되는 것을 감소시키거나 방지하면서, 기판의 부분이 반응 챔버 아래에서 라디칼에 노출된다(850). 상기 기판의 부분을 라디칼에 노출시킨 후, 기판의 다른 부분을 라디칼에 노출시키도록 기판이 이동된다(860).
일 실시예에서, 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 기판상에 하나 이상의 알루미늄 산화질화물(AlON)의 층을 형성하기 위하여 사용된다. 먼저 기판에는 주입기에 의해 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum; TMA)이 주입된다. 다음으로, 플라즈마 반응기에는 50%의 N2O 및 50%의 NH3를 포함하는 기체가 공급된다. 플라즈마 반응기는 N* 라디칼 및 O* 라디칼을 생성하며, 이들 라디칼을 기판상에 주입하여 AlON 층을 증착시킨다. 다수의 AlON 층을 증착하기 위하여 TMA 및 라디칼의 주입 공정이 반복될 수도 있다.
하나 이상의 실시예에서, 플라즈마 및 라디칼은 전극 외에 다른 메커니즘을 이용하여 생성된다. 예를 들어, 플라즈마 및 라디칼을 생성하기 위한 마이크로파(microwave)를 생성하도록 마그네트론(magnetron)이 이용될 수도 있다. 플라즈마 및 라디칼을 생성하기 위한 이러한 상이한 메커니즘에 의해서도 바람직하지 않은 조사가 생성될 수 있다. 따라서, 마이크로파 또는 다른 메커니즘을 이용한 플라즈마 및 라디칼의 생성에도, 기판을 바람직하지 않은 조사로부터 차폐시키는 동일한 원리가 적용될 수 있다.
본 발명은 몇몇 실시예와 관련하여 기술되었으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술은 본 발명의 범위를 단지 예시적으로 나타내고 이를 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 기술된다.

Claims (20)

  1. 플라즈마에 의한 라디칼을 생성하기 위해 플라즈마 반응기의 플라즈마 챔버 내로 기체를 주입하는 단계;
    상기 플라즈마 반응기의 반응 챔버와 상기 플라즈마 챔버 사이의 하나 이상의 천공을 통하여 상기 반응 챔버 내로 생성된 라디칼을 주입하는 단계;
    상기 하나 이상의 천공과 기판 사이에 위치하는 전도성 부재를 이용하여, 상기 플라즈마 챔버와 상기 기판 사이의 직선 경로를 막음으로써, 상기 플라즈마 챔버에 생성된 바람직하지 않은 조사로부터 상기 기판을 차폐시키는 단계; 및
    상기 반응 챔버를 통과하는 상기 기판의 부분에 라디칼을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판의 또 다른 부분에 라디칼을 주입하기 위해 상기 기판을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 부재를 접지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버를 정의하는 전극 사이에 전압 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기에 형성된 채널을 통해 상기 플라즈마 챔버로 기체를 운반하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 측면과 상기 플라즈마 반응기에 형성된 배기부 사이의 통로를 일부 이상 통하여 과잉 라디칼 또는 기체를 배출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기판으로부터 상기 통로의 천장까지의 거리는, 상기 반응 챔버의 폭의 2/3 미만이며, 상기 기판으로부터 상기 하나 이상의 천공까지의 거리의 2/3 미만인 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 굴곡지고 매끄러운 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 부재에 형성된 채널을 통해 상기 반응 챔버 내로 또 다른 기체를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 표면을 처리하거나 기판상에 물질 층을 증착하기 위한 방법.
  11. 기체를 수용하며 플라즈마에 의해 상기 기체의 라디칼을 생성하기 위한 플라즈마 챔버,
    반응 챔버를 통과하는 기판에 생성된 라디칼을 주입하기 위한 상기 반응 챔버, 및
    상기 플라즈마 챔버와 상기 반응 챔버 사이의 하나 이상의 천공으로서, 상기 하나 이상의 천공을 통하여 라디칼이 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 반응 챔버로 이동하는, 상기 하나 이상의 천공이 형성된 몸체; 및
    상기 기판과 상기 하나 이상의 천공 사이에 위치하여, 상기 플라즈마 챔버와 상기 기판 사이의 직선 경로를 막음으로써, 상기 플라즈마 챔버에 생성된 바람직하지 않은 조사로부터 상기 기판을 차폐시키는 전도성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 몸체에는 기체를 상기 플라즈마 챔버로 운반하기 위한 채널이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 접지된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버 내에 위치하는 전극을 더 포함하여, 상기 전극에 전압 신호를 인가함으로써 플라즈마가 생성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 몸체에는 통로 및 하나 이상의 배기부가 형성되며, 상기 통로는 과잉 라디칼 또는 기체를 상기 몸체에 형성된 배기부를 통해 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 기판으로부터 상기 통로의 천장까지의 거리는, 상기 반응 챔버의 폭의 2/3 미만이며, 상기 기판으로부터 상기 천공까지의 거리의 2/3 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 굴곡지고 매끄러운 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 전도성 부재에는 또 다른 기체를 상기 반응 챔버 내로 주입하기 위한 채널이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 전도성 부재의 폭은 상기 천공의 폭 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
KR1020137008694A 2012-03-12 2013-02-22 바람직하지 않은 조사로부터 기판을 차폐하기 위한 반응 챔버 내 전도성 부재를 갖는 플라즈마 반응기 KR101573395B1 (ko)

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