KR20140114093A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20140114093A
KR20140114093A KR1020130028409A KR20130028409A KR20140114093A KR 20140114093 A KR20140114093 A KR 20140114093A KR 1020130028409 A KR1020130028409 A KR 1020130028409A KR 20130028409 A KR20130028409 A KR 20130028409A KR 20140114093 A KR20140114093 A KR 20140114093A
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윤태호
나두현
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주식회사 원익아이피에스
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    • C23C16/45565—Shower nozzles

Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 본 발명에서는 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 형성함에 있어서 어떠한 변형요소도 가해지지 않은 플랫 형태로 구현하고, 이러한 플랫형 전극과 평행한 방향으로 반응가스가 분사되도록 가스공급장치를 구현함으로써, 공정 챔버내 균일하고 안정성이 우수한 플라즈마 발생을 유도할 수 있어 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 반도체 기판 표면에 증착하고자 하는 물질막과 동일 내지 유사한 재질로 형성함으로써, 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.

Description

기판처리장치{substrate processing equipment}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공간분할형 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자가 점차 고집적화됨에 따라 초박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있다. 그리고, 콘택홀이나 인접 패턴간의 거리가 좁아짐으로 인해 물질막의 스텝 커버리지 또한 반도체 메모리 소자의 성능에 매우 큰 영향을 미치고 있다.
이에, 박막의 증착 두께나 스텝 커버리지(step coverage)에 대한 요구를 수용할 수 있는 물질막 증착방법으로서, 원자층 증착방법(Atomic Layer Deposition: ALD)이 주목받고 있다.
상기 원자층 증착방법은 반도체 기판 표면에 시간차를 두고 분리 공급되는 다수의 반응가스들의 표면 포화에 의해 박막이 형성되도록 하는 박막 증착방법이다. 즉, 제1반응가스가 공정 챔버내로 공급되면 반도체 기판 표면과의 반응을 통해 단원자층이 반도체 기판 표면에 화학 흡착된다. 그리고, 이러한 화학 흡착을 이루지 못한 잉여 제1반응가스는 퍼지가스를 공급하여 제거한다. 이처럼, 반응가스와 퍼지가스를 반복적으로 주입하여 단원자층을 형성함으로써 반도체 기판 표면에 스텝 커버리지가 우수한 초박막을 증착하게 된다.
한편, 원자층 증착을 위해 공정 챔버 내부로 공급되는 반응가스는 공정 챔버 내부에 배치된 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성되는 전계에 의해 플라즈마화되어 반도체 기판 표면에 원자층을 형성하게 된다.
그러나, 플라즈마 원자층 증착장치에서 플라즈마를 발생시키기 위해 전극에 교류전력을 인가하게 되면 반응가스가 존재하는 모든 영역에서 전기장에 의해 플라즈마가 발생하게 된다.
이때, 플라즈마를 발생시키기 위한 전극의 형태가 반도체 기판 방향으로 반응가스가 수직 분사되도록 구현된 샤워헤드 구조를 가지는 경우에는 불균일한 전계로 인해 플라즈마가 강하게 유도되거나 아크(arc)가 발생하게 되어 전극이 손상되고, 그로 인해 박막 증착 과정에서 오염물이 포함되는 문제점이 있다.
따라서, 본 분야에서는 초박막 형성에 유리한 플라즈마를 이용한 원자층 증착공정을 수행함에 있어서, 공정 챔버내 균일하고 안정된 플라즈마 발생을 유도할 수 있고, 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티 또한 향상시킬 수 있도록 하는 반도체 메모리 소자의 제조설비가 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 공정 챔버내 균일한 플라즈마 발생을 유도할 수 있도록 하는 기판처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는 플라즈마의 안정성을 보장할 수 있도록 하는 기판처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예는 반도체 기판 표면에 증착되는 박막의 퀄리티를 보다 향상시킬 수 있도록 하는 기판처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는, 기판에 대하여 공정이 이루어지는 반응기와; 상기 반응기 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와; 상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와; 상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라서 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며, 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와; 상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과 상기 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스 영역과; 상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하도록 구성된 분리가스 공급부와; 상기 반응기를 배기하기 위하여 상기 반응기 내에 설치된 배기구를 포함하고, 상기 반응가스 공급부는, 상기 기판 지지부에 대향 설치되고 내측에 가스 분사홀이 존재하지 않으며 플라즈마 전원이 인가되는 전극 플레이트와, 상기 전극 플레이트 가장자리에 설치되어 상기 전극 플레이트와 상기 반응기를 전기적으로 절연하는 절연부재, 및 상기 절연부재에 의해 상기 전극 플레이트와 이격 설치되며 상기 전극 플레이트 내측 영역으로 반응가스를 분사하는 반응가스 분사부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는, 기판에 대하여 공정이 이루어지는 반응기와; 상기 반응기 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와; 상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와; 상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라서 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와; 상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과 상기 반응 가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스 영역과; 상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하도록 구성된 분리가스 공급부와; 상기 반응기를 배기하기 위하여 상기 반응기 내에 설치된 배기구와; 상기 기판지지부에 대향되게 상기 반응가스 영역 내에 설치되며 내측에 가스 분사홀이 존재하지 않는 블랭크 구조로, 상기 반응가스 공급부로부터 공급된 반응가스를 활성화하기 위해 플라즈마 전원이 인가되는 전극 플레이트와; 상기 전극 플레이트 가장자리에 설치되어 상기 전극 플레이트와 상기 반응기를 전기적으로 절연하는 절연부재를 포함할 수 있다.
본 발명은 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 어떠한 변형요소도 가해지지 않은 플랫 형태로 구현하고, 이러한 플랫형 전극 내측 방향으로 반응가스가 분사되도록 가스공급장치를 구현함으로써, 공정 챔버내 균일하고 안정성이 우수한 플라즈마 발생을 유도할 수 있어 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 반도체 기판 표면에 증착하고자 하는 물질막과 동일 내지 유사한 재질로 형성함으로써, 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 반응가스 공급부 및 전극 플레이트의 상세 구조를 나타낸다.
도 3은 상기 도 2에 대한 결합 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 반응가스 분사부 및 반응가스 분사홀의 구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 반응가스 분사부 및 반응가스 분사홀의 구조를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치와 타 설비간의 오염도 및 플라즈마 안정도를 비교 분석한 결과를 나타낸다.
이하, 하기의 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 가스공급장치 및 전극에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치(100)가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 기판처리장치(100)는 반응기(102), 기판지지부(104), 가스공급장치(106)를 포함한다.
상기 반응기(102)는 하부 플레이트(108), 측부 플레이트(110) 및 상부 플레이트(112)를 구비할 수 있다. 상기 하부 플레이트(108)는 원판 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 측부 플레이트(110)는 하부 플레이트(108)의 가장자리로부터 상방으로 수직 연장된다. 아울러, 상기 측부 플레이트(110)에는 기판(W)이 인입 및 인출되는 게이트(미도시)가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 측부 플레이트(110)의 상면에는 이와 분리 가능하게 결합되는 상부 플레이트(챔버 리드, 112)가 형성된다.
따라서, 상기 측부 플레이트(110) 상면에 상부 플레이트(112)를 밀폐 결합시킴에 따라 반응기(102) 내부에 박막 증착 공간(114)이 형성된다. 보다 구체적으로, 상기 박막 증착 공간(114)은 상기 반응기(102) 내부의 기판 지지부(104)와 가스공급장치(106) 사이에 형성된다. 따라서, 상기 가스 공급장치(106)를 통해 상기 박막 증착 공간(114)으로 가스를 공급하여 복수의 기판(W) 상에 박막을 증착시킨다.
한편, 상기 기판 지지부(104)는 반응기(102) 내부에 설치되며, 서셉터(116), 기판 안착부(118) 및 샤프트(120)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 반응기(102)를 배기하기 위하여 상기 기판 지지부(104) 가장자리와 상기 반응기(102) 내벽 사이에 배기구를 더 포함할 수 있다.
상기 서셉터(116)는 원판 형상을 가지며, 반응기(102) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 그리고, 상기 기판 안착부(118)는 서셉터(116) 상부의 둘레를 따라 복수 개 설치된다. 그리고, 상기 서셉터(116)를 회전 가능하게 하는 샤프트(120)는 반응기(102)를 관통하여 회전 모터(미도시)와 연결되어 회전축(A)을 중심으로 서셉터(116)를 회선시킨다. 아울러, 상기 샤프트(120)는 승강 모터(미도시)와 연결되어 상기 기판 지지부(104)를 상승 또는 하강시킨다.
그리고, 상기 가스공급장치(106)는 기판 지지부(104)의 상측에 지정된 거리 이격되어 설치된다. 그리고, 상기 가스공급장치(106)에는 복수의 가스 공급부들이 설치된다. 보다 구체적으로, 상기 가스공급장치(106)에는 소스가스 공급부(122), 중앙가스 공급부(124) 및 반응가스 공급부(126)가 설치된다.
상기 반응가스 공급부(126)는 상기 기판 지지부(104)에 대향 설치되고 내측에 가스 분사홀이 존재하지 않는다. 그리고, 상기 반응가스 공급부(126)는 플라즈마 전원이 인가되는 전극 플레이트(130)와, 상기 전극 플레이트(130) 가장자리에 설치되어 상기 전극 플레이트(130)와 상기 반응기(102)를 전기적으로 절연하는 절연부재, 및 상기 절연부재에 의해 상기 전극 플레이트(130)와 이격 설치되며 상기 전극 플레이트(130) 내측 영역으로 반응가스를 분사하는 반응가스 분사부(128)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반응가스 공급부(126)의 측부에 형성되어 있는 전극 플레이트(130)에는 상기 반응가스 공급부(126)를 통해 공급되는 반응가스를 플라즈마화시키기 위한 전원이 인가되는데, 이러한 전원은 상기 전극 플레이트(130) 상부에 볼트(134)에 의해 결합되어 있는 전원인가 플레이트(132)에 인가된다. 보다 구체적으로, 상기 전원인가 플레이트(132)의 상부 표면으로부터 돌출 형성되어 있는 전극봉(133)에 전원이 인가된다.
그리고, 상기 전극 플레이트(130) 및 전원인가 플레이트(132)는 절연부재에 의해 반응기와 절연되어 있다. 이러한 절연부재는 세라믹으로 구현할 수 있으며, 상기 전극 플레이트(130)및 전원인가 플레이트(132)의 측부를 감싸고 있는 측부 절연부재(136) 및 상부를 감싸고 있는 상부 절연부재(138)로 이루어져 있다. 그리고, 상기 측부 절연부재(136) 및 상부 절연부재(138)는 상기 전극 플레이트(130) 및 전원인가 플레이트(132)를 반응기(102)로부터 절연시키는 기능 이외에 상기 전극 플레이트(130) 및 전원인가 플레이트(132)를 상부 플레이트(112)에 고정시키는 기능을 수행한다.
따라서, 상기 소스가스 공급부(122)를 통해 공급되는 소스가스는 소스가스 분사홀(122a)를 통해 박막 증착 공간(114)으로 플로우되고, 상기 중앙가스 공급부(124)를 통해 공급되는 중앙가스는 중앙가스 분사홀(124a)을 통해 박막 증착 공간(114)으로 플로우된다. 그리고, 상기 반응가스 공급부(126)를 통해 공급되는 반응가스는 박막 증착 공간(114)을 향해 하향 돌출되어 있는 반응가스 분사부(128)의 반응가스 분사홀(도시되지 않음)을 통해 전극 플레이트 내측 방향(수평한 방향)으로 분사된다.
여기서, 상기 반응가스 분사부(128)는 박막 증착 공간(114)을 향해 하향 돌출되어 있으므로, 상기 기판 지지부(104)와 반응가스 분사부(128) 간의 거리는 상기 기판 지지부(104)와 전극 플레이트(130)간의 거리보다 작게 된다.
그리고, 상기 각각의 소스가스 공급부(122), 중앙가스 공급부(124) 및 반응가스 공급부(126)에는 각각의 필요 가스가 공급될 수 있도록 하는 가스 공급구(도시되지 않음)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 가스공급장치(106)는 반응기(102)의 상부 플레이트(112)와 결합되도록 설치되거나, 또는 상부 플레이트(112)를 지지부재로 대체하여 반응기(102) 상부를 밀폐하도록 설치될 수도 있다.
상기 기판처리장치(100)는 용량결합형 플라즈마 발생장치(Capacitive Coupled Plasma)로서, 이러한 용량결합형 플라즈마 발생장치(CCP)에서는 상기 반응가스 공급부(126)측에 설치된 전극 플레이트(130)에 선택적으로 고주파 전원(Radio Frequency, RF)을 인가하고, 이러한 고주파 전류에 의해 형성된 전기장에 의해 상기 반응가스 공급부(126)로부터 분사된 반응가스가 플라즈마 상태로 변형되어 반도체 기판(W)에 대하여 플라즈마 처리를 수행하게 된다.
하기 도 2에는 상기 도 1에 도시된 반응가스 공급부(126) 및 전극 플레이트(130)의 상세 구조가 도시되어 있다. 그리고, 도 3에는 상기 도 2에 대한 결합 구조가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 반응가스 공급부(126) 하부에 반응가스 분사부(128)가 형성되어 있으며, 상기 반응가스 분사부(128)의 일부 영역에 반응가스 분사홀(129)이 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 반응가스 분사홀(129)은 상기 기판 지지부(104) 중앙 영역 부근에 구비되어 있다.
그리고, 상기 반응가스 공급부(126)의 일측 영역에 플랫형의 전극 플레이트(130)가 형성되어 있으며, 상기 전극 플레이트(130) 상부에는 전원인가 플레이트(132)가 볼트(134)에 의해 결합되어 있다. 그리고, 상기 전원인가 플레이트(132)의 상부 표면에는 전원이 인가되는 전극봉(133)이 돌출 형성되어 있다. 그리고, 상기 전극 플레이트(130) 및 전원인가 플레이트(132)는 측부 절연부재(136) 및 상부 절연부재(138)에 의해 주변 영역과 절연되어 있다.
이처럼, 본 발명에서는 상기와 같은 기판처리장치(100)를 구현함에 있어서, 원자층 증착을 위한 플라즈마 발생을 위해 전원이 인가되는 상기 전극 플레이트(130)의 구조 및 재질을 개선함으로써, 공정 챔버내 균일하고 안정성이 우수한 플라즈마 발생을 유도하여 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 보다 향상시킬 수 있도록 한다.
즉, 본 발명에서는 상기 전극 플레이트(130)을 구현함에 있어서, 전극 플레이트(130)의 내부는 물론 외부에 어떠한 변형요소도 가해지지 않은 플랫형(flat type)의 블랭크 구조 전극으로 구현한다. 상기 변형 요소라 함은, 예컨대 종래에는 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 형성함에 있어서, 반도체 기판 방향으로 반응가스를 수직 분사시키는 가스분사구가 구비된 샤워헤드 구조로 구현하였다. 이러한 가스분사구가 전극의 변형 요소로서, 이처럼 전극상에 변형 요소가 있을 경우, 불균일한 전계가 발생하게 되고, 그로 인해 플라즈마가 강하게 유도되거나 아크(arc) 발생으로 인해 공정 챔버내 플라즈마가 불균일해지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자, 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 구현함에 있어서, 전극으로서 기능하는 요소 이외의 어떠한 변형요소도 가해지지 않은 플랫형 전극 플레이트(130)로 구현한 것이다.
그리고, 본 발명에서는 상기 반응가스 공급부(126)를 구현함에 있어서, 플라즈마 발생을 위한 반응가스가 전극 플레이트(130)와 평행한 내측 방향으로 분사될 수 있도록, 반응가스 공급부의 가장자리에 하향 돌출된 반응가스 분사부(128)를 형성한다. 그리고 나서, 상기 반응가스 분사부(128)에 복수개의 반응가스 분사홀(129)을 형성한다.
하기 도 4 및 도 5에는 이러한 반응가스 분사부(128) 및 반응가스 분사홀(129)의 구조가 구체적으로 도시되어 있다.
먼저, 도 4에는 본 발명의 제1실시예에 따른 반응가스 분사부 및 반응가스 분사홀의 구조가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 도 1의 상부 플레이트(112)와 결합된 전체 가스공급장치(106)가 도시되어 있다.
상기 가스공급장치(106)에는 소스가스 분사홀(122a)이 구비된 소스가스 공급부(122), 중앙가스 분사홀(124a)이 구비된 중앙가스 공급부(124), 제1분리가스 분사홀(142)이 구비된 제1분리가스 공급부(140), 제2분리가스 분사홀(146)이 구비된 제2분리가스 공급부(144) 및 반응가스 분사홀(129)이 구비된 반응가스 공급부(126)가 형성되어 있다.
상기 소스가스 공급부(122)는 실리콘을 포함하는 가스 또는 TMA(trimethylaluminium)과 같은 금속을 포함하는 가스를 소스가스 분사홀(122a)를 통해 분사한다.
그리고, 상기 제1분리가스 공급부(140) 및 제2분리가스 공급부(144)는 상기 소스가스 공급부(122)와 반응가스 공급부(126) 사이에 형성되어 각각의 분리가스 분사홀(142,146)을 통해 분리가스를 분사한다.
그리고, 상기 중앙가스 공급부(124)는 중앙가스 분사홀(124a)를 통해서 공급되는 가스에 의해 상기 각각의 가스 공급부(122, 126, 140, 144)에서 분사되는 가스들이 기판 지지부(도 1의 참조부호104)의 중앙에서 혼합되는 것을 방지한다.
그리고, 상기 반응가스 공급부(126)는 본 발명의 핵심 구성으로서, 기판 지지부(104)에 수직한 방향이 아닌, 수평한 방향으로 반응가스가 공급되도록 구성되어 있다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 부채꼴로 이루어진 상기 반응가스 공급부(126)의 반응가스 분사부(128)는 상기 전극 플레이트(도 1의 참조부호130) 보다 하향 돌출되어 상기 전극 플레이트(130)와 평행한 방향(참조부호 A)으로 반응가스를 분사하는 복수의 반응가스 분사홀(129)을 포함한다. 여기서, 상기 전극 플레이트(130) 또한 부채꼴 형상을 이루고 있다.
이처럼, 본 발명에서는 부채꼴로 이루어진 상기 반응가스 공급부(126)의 내주면에 반응가스 분사부(128)를 하향 돌출시켜 형성하고, 이처럼 돌출된 영역에 반응가스가 분사되는 복수개의 반응가스 분사홀(129)을 형성함으로써, 상기 반응가스 분사홀(129)로부터 분사된 반응가스가 전극 플레이트(130)와 평행한 방향(A)으로 플로우되어 공정 챔버내 균일한 플라즈마 발생을 유도할 수 있게 되고, 그로 인해 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 향상시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 반응가스 분사부(128`) 및 반응가스 분사홀(129`)의 구조가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 부채꼴로 이루어진 반응가스 공급부(126`)의 일측부에 반응가스 분사부(128`)를 하향 돌출시켜 형성하고, 이처럼 돌출된 영역에 반응가스가 분사되는 복수개의 반응가스 분사홀(129`)을 형성한다. 즉, 상기 반응가스 분사홀(129`)을 상기 전극 플레이트(130)와 분리가스가 분사되는 분리가스 영역, 즉 상기 제1분리가스 공급부(140) 및 제2분리가스 공급부(144)와의 영역 사이 중 적어도 어느 하나에 상기 기판 지지부의 반경 방향을 따라 구비될 수 있다.
그 결과, 상기 반응가스 분사홀(129`)로부터 분사된 반응가스가 전극 플레이트(130)와 평행한 방향(B)으로 플로우되어 공정 챔버내 균일한 플라즈마 발생을 유도할 수 있게 되고, 그로 인해 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 플라즈마 발생을 위한 전원이 인가되는 상기 전극 플레이트(130)를 형성함에 있어서, 반도체 기판 표면에 증착하고자 하는 물질막과 동일 내지 유사한 재질로 형성함으로써, 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.
일반적으로, 플라즈마 발생을 위한 전극 플레이트(130)를 Al, Ni 또는 SUS(Steel Use Stainless)등과 같은 메탈로 형성할 경우, 전극 표면에 대한 플라즈마 스퍼터링(sputtering)으로 인해 반도체 기판 표면에 증착되는 박막 내부에 메탈 물질이 포함되고, 이는 결과적으로 박막의 전기적 특성 및 물성에 악영향을 끼치게 된다. 즉, 전극 표면으로부터 떨어져 나온 입자는 박막에 대하여 불순물로 작용하게 된다.
그러나, 본 발명에서와 같이, 반도체 기판 표면에 증착하고자 하는 박막과 동일(또는 유사)한 재질로 전극 플레이트(130)를 형성할 경우, 전극 표면에서의 플라즈마 스퍼터링으로 인해 전극으로부터 떨어져 나온 물질이 박막의 전기적 특성 및 물성에 악영향을 미치지 않는 것이다.
예컨대, 상기 전극 플레이트(130)는 비금속 물질로 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 단결정 실리콘, 폴리실리콘, SiC, 카본이 도우핑된 SiC, SiN, SiO2, Si3N4 으로 형성할 수 있다. 또는 3가(피형) 또는 5가(엔형)의 불순물로서, B(보론), P(인), As(아세닉)등의 도펀트가 실리콘에 일정량 포함되어 있는 전도성을 가지는 실리콘막으로 형성할 수 있다.
또한, 실리콘 전극 사용시 산소 플라즈마 및 질소 플라즈마 사용시 전극 표면에 자연산화막 및 자연질화막이 생성되어 스퍼터링 효과를 줄일 수 있는 효과가 있다.
예컨대, 반도체 기판 표면에 SiO2을 증착하고자 할 경우, 실리콘 전극을 사용하면 실리콘산화막에 불순물 함량을 최소화할 수 있어 박막 특성을 저하시키지 않게 된다.
한편, 도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 플랫형 전극(130)과 종래 기술에 따른 전극간의 오염도 및 플라즈마 안정도를 비교 분석한 결과가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 종래 기술에 따른 샤워헤드 타입 전극 및 측면 유도 타입 전극과 본 발명의 실시예에 따른 플랫형 전극 플레이트(130)별로 플라즈마 발생 후 마그네슘(Ma)의 오염도 및 플라즈마 안정도를 순차적으로 기재되어 있다.
먼저, 샤워헤드 타입 전극의 경우, 플라즈마를 10분간 발생시킨 후의 오염도, 플라즈마를 20분간 발생시킨 후의 오염도 및 플라즈마를 30분간 발생시킨 후의 오염도를 분석한 결과, 반도체 기판 표면의 마그네슘(Ma)의 농도는 각각 4.5E10, 9.44E11 및 9.44E11로 측정되었다.
그리고, 측면 유도 타입 전극의 경우, 플라즈마를 10분간 발생시킨 후의 오염도, 플라즈마를 20분간 발생시킨 후의 오염도 및 플라즈마를 30분간 발생시킨 후의 오염도를 분석한 결과, 반도체 기판 표면의 마그네슘(Ma)의 농도는 모두 동일하게 5.62E11로 측정되었다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 플랫형 전극 플레이트(130)의 경우, 플라즈마를 10분간 발생시킨 후의 오염도, 플라즈마를 20분간 발생시킨 후의 오염도 및 플라즈마를 30분간 발생시킨 후의 오염도를 분석한 결과, 반도체 기판 표면의 마그네슘(Ma)의 농도는 각각 1.99E10, 1.53E10 및 1.95E10로 측정되었다.
상기 결과를 분석한 결과, 샤워헤드 타입 전극의 경우에는 플라즈마 발생후 시간이 경과할수록 반도체 기판 표면의 불순물 오염도가 점차 높아짐을 알 수 있다.
그리고, 측면 유도 타입 전극의 경우에는 플라즈마 발생후 초기단계에서 상기 샤워헤드 타입 전극의 경우에 비해 보다 높은 불순물 오염도를 나타내고 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 플랫형 전극 플레이트(130)의 경우에는 플라즈마 발생후 초기단계부터 상기 종래 기술에 따른 두 가지 전극 타입(샤워헤드 타입 전극 및 측면 유도 타입 전극)에 비해 반도체 기판 표면에서의 불순물 오염도가 월등히 낮으며, 시간이 경과되어도 불순물 오염도는 크게 변화되지 않고 있음을 알 수 있다.
한편, 플라즈마의 안정성 측면을 살펴보면, 샤워헤드 타입 전극과 본 발명에 따른 플랫형 전극 플레이트(108)의 플라즈마 안정성은 우수한데 비하여 측면 유도 타입 전극의 경우에는 플라즈마 안정성이 취약함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 원자층 증착을 위해 플라즈마를 발생시키는 전극을 형성함에 있어서, 상기 전극을 어떠한 변형요소도 가해지지 않은 플랫 형태의 전극으로 구현하고, 상기 플랫 형태의 전극과 평행한 내측 방향으로 반응가스가 분사되도록 함으로써, 공정 챔버내 균일하고 안정성이 우수한 플라즈마 발생을 유도하여 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 향상시킨다.
또한, 상기 전극의 재질은 반도체 기판 표면에 증착하고자 하는 물질막과 동일 내지 유사한 재질로 형성함으로써, 반도체 기판 표면에 증착되는 물질막의 퀄리티를 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 개략적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
100: 기판처리장치 102: 반응기
104: 기판 지지부 106: 가스공급장치
108: 하부 플레이트 110: 측부 플레이트
112: 상부 플레이트 114: 박막 증착 공간
116: 서셉터 118: 기판 안착부
120: 샤프트 122: 소스가스 공급부
124: 중앙가스 공급부 126,126`: 반응가스 공급부
128,128`: 반응가스 분사부 129,129`: 반응가스 분사홀
130: 전극 플레이트 132: 전원인가 플레이트
133: 전극봉 134: 볼트
136: 측부 절연부재 138: 상부 절연부재
140: 제 1 분리가스 공급부 142: 제 1분리가스 분사홀
144: 제2분리가스 공급부 146: 제2분리가스 분사홀

Claims (16)

  1. 기판에 대하여 공정이 이루어지는 반응기와;
    상기 반응기 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와;
    상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와;
    상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라서 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며, 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와;
    상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과 상기 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스 영역과;
    상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하도록 구성된 분리가스 공급부와;
    상기 반응기를 배기하기 위하여 상기 반응기 내에 설치된 배기구를 포함하고, 상기 반응가스 공급부는, 상기 기판 지지부에 대향 설치되고 내측에 가스 분사홀이 존재하지 않으며 플라즈마 전원이 인가되는 전극 플레이트와, 상기 전극 플레이트 가장자리에 설치되어 상기 전극 플레이트와 상기 반응기를 전기적으로 절연하는 절연부재, 및 상기 절연부재에 의해 상기 전극 플레이트와 이격 설치되며 상기 전극 플레이트 내측 영역으로 반응가스를 분사하는 반응가스 분사부를 포함하는 기판처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반응가스 분사부는 상기 전극 플레이트 내측 방향으로 반응가스를 분사하는 다수의 가스 분사홀을 포함하는 기판처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 배기구는 상기 기판 지지부 가장자리와 상기 반응기 내벽 사이에 형성되고, 상기 다수의 가스 분사홀은 상기 기판 지지부 중앙 영역 부근에 구비되는 기판처리장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 배기구는 상기 기판 지지부 가장자리와 상기 반응기 내벽 사이에 형성되고, 상기 다수의 가스 분사홀은 상기 전극 플레이트와 상기 분리가스 영역 사이 중 적어도 어느 하나에 상기 기판 지지부의 반경 방향을 따라 설치되는 기판처리장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 기판 지지부와 반응가스 분사부 간의 거리는 상기 기판 지지부와 전극 플레이트간의 거리보다 작은 기판처리장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전극 플레이트는 부채꼴 형상인 기판처리장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 플레이트는 반도체 기판상에 증착되는 물질과 동일 또는 유사한 재질로 이루어진 기판처리장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전극 플레이트는 단결정 실리콘, 폴리실리콘, SiC, 카본이 도우핑된 SiC, SiN, SiO2, Si3N4, 3가(피형) 또는 5가(엔형)의 도펀트가 포함되어 있는 전도성을 가지는 실리콘막 중 적어도 어느 하나인 기판처리장치.
  9. 기판에 대하여 공정이 이루어지는 반응기와;
    상기 반응기 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와;
    상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와;
    상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라서 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와;
    상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과 상기 반응 가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스 영역과;
    상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하도록 구성된 분리가스 공급부와;
    상기 반응기를 배기하기 위하여 상기 반응기 내에 설치된 배기구와;
    상기 기판지지부에 대향되게 상기 반응가스 영역 내에 설치되며 내측에 가스 분사홀이 존재하지 않는 블랭크 구조로, 상기 반응가스 공급부로부터 공급된 반응가스를 활성화하기 위해 플라즈마 전원이 인가되는 전극 플레이트와;
    상기 전극 플레이트 가장자리에 설치되어 상기 전극 플레이트와 상기 반응기를 전기적으로 절연하는 절연부재를 포함하는 기판 처리장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 반응가스 공급부는 상기 전극 플레이트 내측 방향으로 반응 가스를 분사하는 다수의 가스 분사홀을 포함하는 기판처리장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 배기구는 상기 기판 지지부 가장자리와 상기 반응기 내벽 사이에 형성되고,
    상기 다수의 가스 분사홀은 상기 기판 지지부 중앙 영역 부근에 구비되는 기판처리장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 배기구는 상기 기판 지지부 가장자리와 상기 반응기 내벽 사이에 형성되고,
    상기 다수의 가스 분사홀은 상기 전극 플레이트와 상기 분리가스 영역 사이 중 적어도 어느 하나에 상기 기판 지지부의 반경 방향을 따라 설치되는 기판처리장치.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 기판지지부와 반응가스 공급부 간의 거리는 상기 기판 지지부와 전극 플레이트간의 거리보다 작은 기판처리장치.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 전극 플레이트는 부채꼴 형상인 기판처리장치.
  15. 제 9항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 플레이트는 반도체 기판상에 증착되는 물질과 동일 또는 유사한 재질로 이루어진 기판처리장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 전극 플레이트는 단결정 실리콘, 폴리실리콘, SiC, 카본이 도우핑된 SiC, SiN, SiO2, Si3N4, 3가(피형) 또는 5가(엔형)의 도펀트가 포함되어 있는 전도성을 가지는 실리콘막 중 적어도 어느 하나인 기판처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170024819A (ko) * 2015-08-26 2017-03-08 최대규 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링
KR20190069863A (ko) * 2017-12-12 2019-06-20 삼성전자주식회사 반도체 공정 챔버

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