KR20160050522A - Plasma deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고밀도 플라즈마 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OLED 플렉시블(Organic Light Emitting Diode-flexible) 디바이스용 박막을 고밀도 유도결합 플라즈마를 이용하여 저온에서 증착하는 OLED 플렉시블 디바이스용 고밀도 플라즈마 증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high density plasma deposition apparatus, and more particularly, to a high density plasma deposition apparatus for an OLED flexible device in which a thin film for an OLED flexible device is deposited at a low temperature using a high density inductively coupled plasma will be.
박막을 제조하는 기술은 크게 물리적 방식을 이용한 물리 기상 증착방식(Physical vapor deposition, PVD)과 화학적 방식을 이용하는 화학 기상 증착방식(Chemical vapor deposition, CVD)으로 나뉜다.Techniques for manufacturing thin films are divided into physical vapor deposition (PVD) using a physical method and chemical vapor deposition (CVD) using a chemical method.
물리 기상 증착방식(PVD)은 기판위에 박막을 증착하기 위해 빔이나 가스의 흐름을 만들어 내면서 물질을 증발시키거나 때는 방식이며, 화학 기상 증착방식(CVD)은 기체상태의 혼합물을 가열된 기판 표면에 반응시켜 생성물을 기판 표면에 증착시키는 방식이다.Physical vapor deposition (PVD) is a method in which a material is evaporated while generating a beam or gas flow to deposit a thin film on a substrate, and a chemical vapor deposition (CVD) method is used to deposit a gaseous mixture on a heated substrate surface And the product is deposited on the surface of the substrate.
화학 기상 증착방식(CVD)은 반응 에너지원에 따라 반응기에 주입된 반응기체의 분해 및 박막 증착시 열 에너지를 이용하는 열 기상 증착방식(Thermal CVD), 반응기내 혼합기체에 전장을 걸어 플라즈마 상태를 형성하여 박막을 증착하는 유기 화학 기상 증착방식(Plasma Enhanced CVD, PECVD), 고밀도 플라즈마를 형성하여 막을 증착하는 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착방식(Inductive Coupled Plasma CVD, ICPCVD)등으로 구분된다.Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical vapor deposition (CVD) process, which involves decomposition of a reactive gas injected into a reactor according to a reaction energy source, thermal CVD using thermal energy during thin film deposition, An inductively coupled plasma CVD (ICPCVD) method in which a film is deposited by forming a high-density plasma, and the like are classified into an inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition (ICPCVD) method and a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method.
도 1은 일반적인 유기 화학기상증착장비를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining a general organic chemical vapor deposition apparatus.
도 1을 참조하면, 일반적인 유기 화학기상증착장비는 상부 덮개(110)와 하부 본체(120)로 구성되는 챔버 몸체(100)를 포함한다. 챔버 몸체(100) 내에는 피처리 기판(130)이 투입되며, 실링에 의해 밀폐된 채로 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다.Referring to FIG. 1, a general organic chemical vapor deposition apparatus includes a
챔버 몸체(100) 내에는 반응가스에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 전극들이 설치되는데, 구체적으로 상부 덮개(110) 하부에는 상부 전극(111)이 위치하고, 하부 본체(120)의 바닥에는 하부 전극(121)이 구비된다. 또한, 상부 전극(111)으로부터 소정 간격 이격되어 하부에 배열되는 샤워헤드(112)를 포함한다.The
상부 전극(111)에는 외부에 있는 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 반응가스가 유입되기 위한 가스통로(113)가 형성되어 있으며, 가스통로(113)로 주입된 가스는 샤워헤드(112)를 통해 챔버 몸체(100) 내로 가스가 분사된다. 또한, 상부 전극(111)에는 고주파 전원(114)으로부터 고주파 전력이 인가되며, 고주파 전원(114)은 챔버 몸체(100) 내로 분사된 가스와 반응하여 플라즈마를 발생시킨다.The
발생된 플라즈마에 의해 증착 공정이 반복되면 공정시 발생된 부산물 등에 의해 챔버 몸체(100) 내부가 오염되고, 이를 주기적으로 세정하기 위해 챔버 몸체(100) 상부에 배치된 리모트 플라즈마 장치(Remote Plasma Source, RPS)(140)에 의해 세정 공정이 진행된다. When the deposition process is repeated by the generated plasma, the inside of the
유기 화학기상증착장비(PECVD)는 증착율(Deposition rate)이 상대적으로 높고, 샤워헤드를 가지고 있어 증착분포도(Deposition Uniformity)가 우수한 특징이 있다. 하지만 유도결합 플라즈마 화학기상증착장비(ICPCVD)에 비해 박막의 밀도가 떨어져 WER(Wet Etch Rate)이 상대적으로 크게 나타난다. 또한, 증착 공정이 반복되면 증착 물질이 처리실 벽에 증착되어 내부 오염의 원인이 되기 때문에 처리실 내부를 주기적으로 세정하는 리모트 플라즈마 장치(RPS)가 일반적으로 설치되고 있다.Organic chemical vapor deposition equipment (PECVD) has a relatively high deposition rate and a shower head, which is superior in deposition uniformity. However, the density of the thin film is lower than that of ICPCVD (Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition), and the WET (Wet Etch Rate) is relatively large. In addition, when the deposition process is repeated, a remote plasma device (RPS) is installed to periodically clean the inside of the process chamber because the deposition material is deposited on the process chamber wall to cause internal contamination.
도 2는 종래의 유도결합 플라즈마 화학기상증착장비를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus.
도 2를 참조하면, 일반적인 유도결합 플라즈마 화학기상증착장비는 상부 덮개(210)와 하부 본체(220)로 구성되는 챔버 몸체(200)를 포함한다. 챔버 몸체(200) 내에는 피처리 기판(230)이 투입되며, 실링에 의해 밀폐된 채로 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다.2, a general inductively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus includes a
챔버 몸체(200)는 유전체 창(241)을 포함하는 프레임(240)에 의해 상부의 플라즈마 발생부(250)와 하부의 처리실(260)로 구분될 수 있다. The
플라즈마 발생부(250)에는 고주파 안테나(251)가 배치되고, 고주파 안테나(251)에는 고주파 전원(252)이 연결되어 플라즈마 발생을 위한 고주파 전력을 인가한다. 프레임(240)에는 처리가스를 공급하는 가스 공급라인(242)과 노즐(243)이 연결되어 처리실(260) 내부로 처리가스를 공급한다. 처리실(260)에는 또한 피처리 기판(230)을 지지하고, 피처리 기판(230)을 고정시키도록 배치되는 하부전극(261)이 포함된다.A
처리실(260)로 처리 가스가 공급되고 고주파 전원(252)에서 안테나(251)로 전원이 인가되면, 안테나(251)에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전기장이 처리 가스와 반응하여 고밀도 플라즈마를 발생하게 된다.When a processing gas is supplied to the
유도결합 플라즈마 화학기상증착장비(ICPCVD)의 증착율은 상대적으로 낮지만 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 고밀도 막을 증착할 수 있는 장점이 있다. 하지만 안테나 설계의 어려움과 가스노즐이 유전체 창을 지지하는 프레임에 설치되어야 되기 때문에 배치의 한계를 가지고 있어 증착 분포도 달성이 어렵고, 내부 오염을 효율적으로 세정할 수 있는 리모트 플라즈마 장치(RPS)가 챔버 몸체 상부에 배치되는 안테나 의해 장착의 어렵기 때문에 양산 설비로 사용할 수 없는 단점이 있다.Although the deposition rate of the ICPD is relatively low, it is advantageous to deposit a high density film by the generated high density plasma. However, because of the difficulty of antenna design and the fact that the gas nozzle must be installed in the frame supporting the dielectric window, it is difficult to achieve the deposition distribution due to the limitation of arrangement, and the remote plasma device (RPS) There is a disadvantage that it can not be used as a mass production facility because it is difficult to mount it by the antenna disposed at the upper part.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 유도 결합 플라즈마 발생 장치 내에 다수개의 통과홀이 형성된 샤워헤드를 구비하여 플라즈마에서 발생된 라디칼과 주반응 가스를 고르게 분포함으로써 증착분포도를 향상시키도록 개선된 플라즈마 증착장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art. In other words, the present invention provides a plasma deposition apparatus improved in deposition distribution by uniformly distributing radicals and main reaction gases generated in plasma by a showerhead having a plurality of through holes formed in an inductively coupled plasma generating apparatus.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 플라즈마 증착장치에 있어서, 챔버 몸체; 상기 챔버 몸체에 의해 제공되고, 수용된 피처리 기판의 플라즈마 처리가 이루어지는 처리실; 상기 처리실 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 상기 챔버 몸체 내에 배치되어 상기 피처리 기판을 지지하는 지지대부; 상기 처리실 내 상기 지지대부 위쪽에 배치되어 상기 처리실을 상부 제1 영역과 하부 제2 영역으로 분리하는 샤워헤드; 및 상기 처리실내 제1 영역으로 제1 가스를 공급하도록 설치되는 제1 가스공급부;를 포함하고, 상기 샤워헤드는 상기 제1 영역의 제1 라디칼을 통과시키는 다수개의 통과홀을 구비하고, 상기 제2 영역으로 제2 가스를 공급하도록 형성된 제2 가스 공급라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma deposition apparatus comprising: a chamber body; A processing chamber provided by the chamber body for plasma processing the accommodated substrate to be processed; A plasma generator for generating a plasma in the process chamber; A support base disposed in the chamber body for supporting the substrate to be processed; A showerhead disposed above the support portion in the treatment chamber to separate the treatment chamber into an upper first region and a lower second region; And a first gas supply unit installed to supply a first gas to the first region of the processing chamber, wherein the showerhead has a plurality of through holes for allowing a first radical of the first region to pass therethrough, And a second gas supply line configured to supply a second gas to the second region.
본 발명에 따르면, OLED 플렉시블 디바이스용 박막을 고밀도 유도결합 플라즈마를 이용하여 저온에서 고밀도 막을 증착할 수 있고, 처리실 내에 샤워헤드를 구비함으로써 증착분포도를 향상시킬 수 있어, 밀도가 높은 얇은 막을 필요로 하는 증착 공정에 효과적으로 적용될 수 있다. 또한, 산소 및 수분의 침투가 어려운 견고한 박막을 생성할 수 있어 OLED의 유기물 봉지 공정에 적용할 수 있다.According to the present invention, a thin film for an OLED flexible device can be deposited at a low temperature using a high-density inductively coupled plasma, and a shower head can be provided in the treatment chamber to improve the deposition distribution, And can be effectively applied to a deposition process. In addition, it is possible to produce a strong thin film which is difficult to penetrate oxygen and moisture, and thus it can be applied to an organic sealing process of an OLED.
도 1은 일반적인 유기 화학기상증착장비를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 유도결합 플라즈마 화학기상증착장비를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 증착 장비를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 샤워헤드 구성을 나타내는 상측 플레이트 평면도이다.
도 5는 본 발명의 샤워헤드 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 정전척 전극의 상측 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 정전척 전극의 하측 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 기판의 측정 위치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 정전척 전극의 온도 편차를 시뮬레이션 진행한 결과이다.FIG. 1 is a view for explaining a general organic chemical vapor deposition apparatus.
2 is a view for explaining a conventional inductively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus.
3 is a view for explaining a plasma deposition apparatus of the present invention.
4 is a top plan view of the shower head of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing the configuration of the showerhead of the present invention.
6 is a view for explaining the upper plate of the electrostatic chuck electrode of the present invention.
7 is a view for explaining the lower plate of the electrostatic chuck electrode of the present invention.
8 is a view showing a measurement position of a substrate according to an experimental example of the present invention.
9 is a result of simulating the temperature deviation of the electrostatic chuck electrode of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .
도 3은 본 발명의 플라즈마 증착 장비를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a plasma deposition apparatus of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 증착 장비의 챔버 몸체(300)는 피처리 기판(301)에 대해 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 환경을 조성하고 플라즈마가 생성 및 반응되는 공간을 제공한다. 이때, 챔버 몸체(300)는 사각의 판면 형상을 갖는 피처리 기판(301)에 적합하도록 전체적으로 사각 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명에서 챔버 몸체(300)의 형상은 플라즈마 처리 대상이 되는 피처리 기판(301)의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있다.Referring to FIG. 3, the
챔버 몸체(300)는 상부 덮개(310)와 프레임(320) 그리고 하부 본체(330)를 포함할 수 있다.The
챔버 몸체(300)는 프레임(320)에 의해 상부 덮개(310)와 하부 본체(330)로 구분되며, 상부 덮개(310)는 고주파 안테나(341)가 배치된 플라즈마 발생부(340)를 포함하고, 하부 본체(330)는 샤워헤드(360)와 지지대부(370)가 배치된 처리실(350)을 포함한다.The
플라즈마 발생부(340)의 고주파 안테나(341)는 제1 고주파전원(342)으로부터 고주파전력을 인가받아 처리실(350)에 플라즈마를 발생시키는 전기장을 유도하는 수단으로, 전체적으로 코일 형태의 구조를 갖으며, 안테나(341)의 형상, 개수 및 배치는 실시되는 공정에 따라 적절하게 선택될 수 있다. The
한편, 제1 고주파전원(342)으로부터 공급되는 고주파전력은 상부덮개(310)의 상부에 마련된 제1 정합기(343)를 거쳐 상부덮개(310) 내에 배치된 전력 인입선(344)을 통해 안테나(341)에 인가된다. 이때, 제1 정합기(343)는 안테나(341)에 의한 부하 임피던스와 안테나(341)에 의해 발생되는 플라즈마에 의한 플라즈마 임피던스를 제1 고주파전원(342)의 내부 임피던스와 임피던스 매칭(Impedance matching)시켜 제1 고주파전원(342)으로부터 안테나(341)로 인가되는 전력의 손실을 최소화시킨다.The high frequency power supplied from the first
제1 고주파전원(342)으로부터 안테나(341)에 고주파전력이 인가되면 안테나(341)에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전기장이 처리 가스와 반응하여 플라즈마를 발생시킨다. 안테나(341)의 자기장에 의해 유도된 전기장은 자기장에 의해 챔버 몸체(300) 벽으로 손실되는 전기장을 감소시킬 수 있기 때문에 유기 화학기상증착장비(PECVD)에서 발생되는 전기장에 비해 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있다.When high frequency power is applied to the
한편, 안테나(341)에 고주파전력이 인가되면, 챔버 몸체(300)의 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 유도전기장이 형성될 뿐만 아니라, 안테나(341) 표면에 고주파 주파수로 양전하와 음전하가 교대로 대전됨에 따라 축전전기장이 형성될 수 있다. When high frequency power is applied to the
이때, 축전전기장은 초기 플라즈마를 점화(Ignition) 시키기 위한 수단이지만, 스퍼티링(sputtering) 현상에 의해 플라즈마와 안테나(341) 사이에 배치된 유전체 창(321)을 손상시키고, 플라즈마의 균일도를 떨어뜨리는 등의 부정적인 영향을 미칠 수 있다. At this time, the storage electric field is a means for igniting the initial plasma, but sputtering causes damages to the
이러한 부정적인 영향을 방지하기 위해, 안테나(341)와 유전체 창(321)의 간격을 조절하거나 안테나(341) 또는 유전체 창(321)의 형상 및 구조를 변경하여 유전체 창(321)에 미치는 축전전기장의 영향을 최소화할 수 있다. 이렇듯 유전체 창(321)에 미치는 축전전기장의 영향을 최소화함으로써 고주파전력에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 할 수 있다.The gap between the
프레임(320)은 안테나(341)에서 발생되는 자기장을 처리실(350)로 유입될 수 있도록 배치된 유전체 창(321)과 유도된 전기장과 반응하여 플라즈마를 발생시키도록 제1 가스를 분사하는 제1 가스공급부(322)를 포함한다. The
프레임(320)은 유전체 창(321)과 동일한 위치에 동일한 형상으로 유전체 창(321) 보다 작은 크기의 개구부(323)가 형성 될 수 있다. 유전체 창(321)은 프레임(320)의 개구부(323) 위치에 배치되고 프레임(320)에 의해 지지되며, 챔버 몸체(300)의 상부에서 실질적으로 동일한 수평면 상에 구비된다.The
유전체 창(321)의 형상은 원, 타원, 삼각, 사각 중 어느 하나의 형상일 수 있으며, 바람직하게는 사각 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 유전체 창(321)은 하나 이상의 개수로 분할된 형태를 가질 수 있으며, 4분할, 5분할, 6분할, 8분할, 9분할 및 그 이상으로 분할된 것 중 어느 하나인 형태일 수 있다.The shape of the
제1 가스공급부(322)는 챔버 몸체(300)의 상부에서 피처리 기판(301) 방향으로 향하여 제1 가스를 분사하는 제1 분출구(324)를 포함하며, 제1 분출구(324)는 프레임(320)에 형성된 하나 이상의 구멍에 삽입 설치될 수 있다.The first
플라즈마 증착장치가 대면적 챔버 몸체(300)에 적용될 경우, 유전체 창(321) 및 프레임(320)은 다수개의 영역으로 구성될 수 있고, 그에 따라 제1 분출구(324)도 하나 이상 구비될 수 있다. When the plasma deposition apparatus is applied to the large-
하지만 안테나(341)를 이용하는 유도결합 플라즈마 증착장치(ICPCVD)는 제1 가스를 분사하는 제1 가스공급부(322)가 유전체 창(321)을 지지하는 프레임(320)에 설치되기 때문에 플렉시블 OLED 장비와 같은 대면적, 비대칭 구조에서는 제1 분출구 배치의 한계를 가지고 있어 증착 분포도를 달성 할 수 없다.However, in the ICPVD using the
따라서, 본 발명에서는 제1 가스의 분포를 균일하게 형성하여 증착 분포도를 향상시키기 위해 처리실(350) 내에 유기 화학기상증착장비의 장점인 샤워헤드(360)를 포함한다.Accordingly, in the present invention, the
도 4는 본 발명의 샤워헤드 구성을 나타내는 상측 플레이트 평면도이고, 도 5는 본 발명의 샤워헤드 구성을 나타내는 단면도이다.FIG. 4 is a top plan view of the shower head of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the showerhead of the present invention.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 샤워헤드(360)는 다수개의 플레이트가 겹치도록 형성될 수 있다. 바람직하게는 2개의 플레이트가 겹치도록 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 4 and 5, the
2개의 플레이트중 상측 플레이트(401)에는 다수개의 통과홀(403)이 형성되어 있으며, 다수개의 통과홀(403)은 상측 플레이트(401)의 상면에서 하면까지 균일한 간격으로 형성될 수 있으나, 홀 크기와 간격은 공정 조건에 따라 변경될 수 있다. A plurality of through
하측 플레이트(402)에도 다수개의 통과홀(403)이 하측 플레이트(402)의 상면에서 하면까지 균일한 간격으로 형성되어 있으며, 상측 플레이트(401)와 하측 플레이트(402)의 다수개의 통과홀(403)은 2개의 플레이트를 중첩했을 때 서로 겹치도록 형성될 수 있다.A plurality of through
또한, 샤워헤드(360)에는 제2 가스를 분사하는 제2 가스공급부(406)가 형성될 수 있다. 샤워헤드(360)의 상측 플레이트(401) 하면에는 샤워헤드(360)의 측방향으로 인입되어 다수개의 제2 분출구(405)와 연결된 제2 가스 공급라인(404)이 형성될 수 있으며, 다수개의 제2 분출구(405) 각각은 상부가 막힌 하방 분출구로, 가스 공급원(미도시)으로부터 공급받은 제2 가스를 제2 가스 공급라인(404)을 통해 피처리 기판(301) 방향으로 분사한다.In addition, the
다수개의 제2 분출구(405)는 하측 플레이트(402)에 형성될 수 있으며 제2 가스 공급라인(404)에 의해 샤워헤드(360)를 구역별로 구분하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 내부영역(404a), 중간영역(404b) 및 외부영역(404c)으로 구분하여 피처리 기판(301) 방향으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 분출구(405)의 구분된 영역은 구역별로 테이핑 처리 등을 통해 가스 공급의 억제가 가능함으로, 피처리 기판(301)의 증착 공정시 구역별로 가스 제어가 가능하다.The plurality of
샤워헤드(360)의 배치 위치는 처리실(350)을 제1 영역(361)과 제2 영역(362)으로 구분될 수 있도록 플라즈마 발생부(340)와 지지대부(370) 사이에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 지지대부에 근접하게 배치될 수 있다.The arrangement position of the
제1 영역(361)은 플라즈마 발생부(340)과 샤워헤드(360)의 사이 영역이며, 안테나(341)에 의한 유도전기장과 제1 가스공급부(322)에서 분사되는 제1 가스에 의해 제1 플라즈마를 발생시키고, 제1 플라즈마에 의해 증착 공정을 위한 제1 라디칼이 발생된다. 공정을 위한 제1 가스공급부(322)에서 분사되는 가스는 N2, H2, NH3, O2, N2O 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The
제2 영역(362)은 샤워헤드(360)와 지지대부(370) 사이 영역이며, 제1 플라즈마에 의해 발생된 제1 라디칼은 샤워헤드(360)에 형성된 다수개의 통과홀(403)을 통해 제2 영역(362)으로 이동 될 수 있다. 이동된 제1 라디칼은 샤워헤드(360)의 제2 가스 공급부(406)에서 분사되는 제2 가스와 반응하여 피처리 기판(301)에 박막을 증착시킨다. 제2 가스공급부(406)에서 피처리 기판(301)에 박막을 증착시키기 위해 분사되는 제2 가스는 SiH4일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
프레임(320)에 형성된 제1 가스공급부(322)에 의해 제1 플라즈마를 발생시키고, 제1 플라즈마에 의해 발생되는 제1 라디칼과 샤워헤드(360)에 형성된 제2 가스 공급부(406)에서 분사되는 제2 가스를 반응시켜 막을 증착시키기 때문에 종래에 프레임(320)에 설치된 가스 노즐만을 이용하는 가스 분사 방식에 비해 고른 가스 분포를 형성할 수 있어 증착 분포도를 향상시킬 수 있다.The first plasma generated by the first
피처리 기판(301)에 박막 증착 공정이 완료되면 피처리 기판(301)뿐만 아니라 챔버 몸체(300) 벽 또는 챔버 몸체(300) 내의 구성 파트(Part) 일부분에도 박막이 형성된다. 이렇게 챔버 몸체(300) 내에 형성된 박막은 수차례 공정이 반복되면서 두꺼워지고, 챔버 몸체(300) 벽에서 떨어져 나와 공정 중인 기판에 포함됨으로써 기판 상의 박막에 결점(Defect)을 만든다. 이러한 이유 때문에 증착 공정이 완료되면 챔버 몸체(300)내의 부산물 등을 제거하기 위해 주기적으로 세정(Cleaning)을 해주어야 한다.When the thin film deposition process is completed on the
일반적으로 이러한 챔버(300)내 세정을 위해 화학기상증착(CVD)장비는 세정 장치로 리모트 플라즈마 장치(RPS)를 사용한다. 하지만 리모트 플라즈마 장치(RPS)는 챔버 몸체(300) 상부에 설치되어야 하기 때문에 상부에 안테나(341)가 설치되는 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착장비(ICPCVD)에서는 리모트 플라즈마 장치(RPS)를 설치하기 위한 공간에 한계를 가지고 있고, 설치에도 많은 어려움이 따른다. 또한 안테나(341) 하부에는 유전체가 설치되어 리모트 플라즈마 장치(RPS)의 주입구 설치가 불가능하다.Typically, chemical vapor deposition (CVD) equipment uses a remote plasma device (RPS) as a cleaning device for cleaning within this
따라서, 본 발명의 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착장비(ICPCVD)에서는 리모트 플라즈마 장치(RPS)를 따로 구비하지 않고, 샤워헤드(360)에 의해 구분된 제1 영역(361)에서 세정 공정을 위한 제2 플라즈마를 발생시킴으로써 챔버 몸체(300)내의 부산물을 세정할 수 있다.Therefore, in the ICPVD of the present invention, a remote plasma apparatus (RPS) is not separately provided. In the
피처리 기판(301)에 박막 증착 공정이 반복되어 챔버 몸체(300) 내에 부산물들이 형성되면 기판이 챔버 몸체(300) 외부로 이동된 후에 제1 가스공급부(322)에서는 챔버 몸체(300) 내부의 부산물을 세정하기 위한 세정 가스를 처리실(350)로 분사한다. 부산물 세정을 위한 가스는 NF3, SF6, Ar 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.After the substrate is transferred to the outside of the
세정 가스가 분사되면 안테나(341)에 제1 고주파전원(342)이 인가되고 안테나(341)에서 유도된 전기장에 의해 제1 영역(361)에서 제2 플라즈마가 발생된다. 제2 플라즈마에 의해 발생된 제2 라디칼은 샤워헤드(360)에 형성된 다수개의 통과홀(403)을 통해 제2 영역(362)으로 이동되고, 이동된 제2 라디칼과 챔버 몸체(300) 내부에 부착된 부산물이 반응하여 기체 상태로 배기 장치(380)를 통해 챔버 몸체(300) 외부로 배기된다.When the cleaning gas is injected, the first
상술한 바와 같이 본 발명의 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착장비(ICPCVD)는 챔버 몸체(300) 내의 부산물 세정을 위해 리모트 플라즈마 장치(RPS)를 따로 구비하지 않고 부산물을 세정할 수 있기 때문에 리모트 플라즈마 장치(RPS)에 대한 설치비용을 절감할 수 있고, 장비의 구성도 단순화 할 수 있다.As described above, since the inductively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus (ICPCVD) of the present invention can clean the byproducts without separately providing a remote plasma apparatus (RPS) for cleaning by-products in the
처리실(350)하부에는 피처리 기판(301)을 지지하도록 배치되는 본 발명의 기판 지지대부(370)가 포함되며, 지지대부(370)는 정전척 전극(371), 절연체 케이스(374), 접지전극(375)을 포함한다.The
정전척 전극(371)은 피처리 기판(301)을 지지하는 동시에 기판을 고정하며, 기판의 온도를 유지시킨다.The
일반적으로 유기 화학 기상 증착장비(PECVD)는 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮기 때문에 대면적 기판의 공정 중에도 기판의 온도 유지에 큰 문제가 발생되지 않는다. 하지만 상대적으로 높은 공정 온도를 이용하는 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착장비(ICPCVD)는 높은 온도에 의해 기판이 휘어지게 되며, 이를 방지하기 위해 기판의 전면적을 고정시키기 위한 정전척(Electrostatic Chuck, ESC)을 사용한다. In general, organic chemical vapor deposition equipment (PECVD) has a relatively low plasma density, so that there is no significant problem in maintaining the temperature of the substrate even during the process of a large-area substrate. However, the inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICPCVD) using a relatively high process temperature causes the substrate to warp due to the high temperature, and an electrostatic chuck (ESC) is used to fix the entire surface of the substrate do.
도 6은 본 발명의 정전척 전극의 상측 플레이트를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 정전척 전극의 하측 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining an upper plate of the electrostatic chuck electrode of the present invention, and FIG. 7 is a view for explaining a lower plate of the electrostatic chuck electrode of the present invention.
도 6과 도 7을 참조하면, 정전척 전극(371)은 온도 제어 수단(504,505)을 포함할 수 있다. 정전척 전극(371)은 2개의 플레이트로 형성되며, 상측 플레이트(501)에는 헬륨가스를 이용하여 피처리 기판(301)의 열전달 효율을 높이고 온도 분포도를 향상시킬 수 있는 헬륨 홀(504)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 6 and 7, the
헬륨 홀(504)은 피처리 기판(301)을 향하여 헬륨 가스를 분사하며, 온도 분포를 높이기 위해 구역별로 구분하여 형성될 수 있다. 바람직하게는 내부 영역(504a)과 외부 영역(505b)으로 구분되게 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The helium holes 504 may be divided into zones to inject helium gas toward the
하측 플레이트(502)에는 정전척 전극(371)의 온도 분포를 제어하기 위한 냉각제 패턴(505)이 형성될 수 있다. 냉각제 패턴(505)은 두 개의 주입구(506)와 두 개의 배출구(507)가 형성되어 있으며, 주입구(506)를 통해 냉각제가 주입되면 냉각제는 하측 플레이트(502)에 형성된 냉각제 패턴(505)을 따라 이동하여 정전척 전극(371)을 냉각시킨 후 배출구(507)로 배출된다. A
냉각제 패턴(505)은 정전척 전극(371)의 온도 분포도를 향상시키기 위해 구역별로 구분하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는 내부 영역(505a), 외부 영역(505b) 및 모서리 영역(505c)으로 구분되어 형성될 수 있으나, 이에 한정 되는 것은 아니다.The
또한, 하측 플레이트(502) 하부면에는 일단이 하측 플레이트(502) 하부면과 연결되고, 타단이 제2 정합기(391)에 연결되어 제2 고주파전원(392)에 의해 바이어스 고주파전력을 정전척 전극(371)에 전달하는 연결부재(393)가 포함될 수 있다.One end of the
연결부재(393)는 지지대부(370)의 높이 변경에 따라 제2 정합기(391)와의 연결 높이를 변경할 수 있도록 결합 홈(394)이 형성되어 있다. The
본 발명의 유도결합 플라즈마 화학기상 증착장비(ICPCVD)는 샤워헤드(360)가 처리실(350)에 배치되어 제1 영역(361)과 제2 영역(362)으로 구분되어 있기 때문에 증착율과 증착 박막의 질이 일반적인 유도결합 플라즈마 화학기상 증착장비(ICPCVD)에 비해 떨어질 수 있다. Since the
이렇듯 낮아지는 증착율과 증착 박막의 질을 높이기 위해 정전척 전극(371)에 제2 고주파전원(392)을 이용하여 바이어스 전력을 인가함으로써 증착율과 박막 견고성을 높힐 수 있다. In order to increase the deposition rate and the quality of the deposited thin film, the bias power is applied to the
지지대부(370)는 플라즈마로부터 정전척 전극(371)을 절연시키기 위해 정전척 전극(371)의 상부를 제외하고 둘러싼 절연체 케이스(374)와 절연체 케이스(374) 하단에 챔버 몸체(300)와 접지된 접지전극(375)을 더 포함한다. The
접지전극(375) 하단에는 지지대부(370)의 높이를 변경할 수 있는 높이 변경수단(395)이 포함될 수 있으며, 높이 변경수단에 의해 지지대부(370)의 높이를 변경함으로써 기판의 증착분포도를 향상시킬 수 있다.
The
<실험예><Experimental Example>
본 발명에 따른 샤워헤드와 정전척 전극을 채용하는 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착장치의 성능을 평가하기 위하여, SiNx 박막 증착율 500Å/min 이상과 증착분포도 ±10% 이내를 목표로 테스트를 실시하였다.In order to evaluate the performance of the inductively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus employing the showerhead and the electrostatic chuck electrode according to the present invention, a test was performed aiming at a deposition rate of SiNx thin film of at least 500 Å / min and a deposition distribution of within ± 10%.
표 1과 도 8은 본 발명의 플라즈마 증착 장비에 대하여 실시한 테스트 자료들이다.Tables 1 and 8 are test data on the plasma deposition apparatus of the present invention.
본 실험예에 따른 샤워헤드의 크기는 1425mm × 2000mm이고, 여기에는 직경 20mm인 3264개의 홀이 형성되어 있다. 각 홀 사이의 간격은 28mm × 28mm이며, 피처리 기판 전체를 커버하도록 구성된다. 또한, 정전척 전극의 상부에서 유전체 창 하부까지의 거리는 200mm로 설정하였다. 챔버 내부압력은 12mTorr로 유지하고, 플라즈마 처리를 위한 반응가스로 SiH4와 NH3가 사용되었으며, 플라즈마 반응을 위해 6kw의 13.56MHz의 전원이 인가되어 120sec동안 반응이 진행되었다.The size of the showerhead according to the present experimental example is 1425 mm x 2000 mm, and 3264 holes having a diameter of 20 mm are formed. The interval between the holes is 28 mm x 28 mm, and is configured to cover the entire substrate to be processed. The distance from the top of the electrostatic chuck electrode to the bottom of the dielectric window was set to 200 mm. The pressure inside the chamber was maintained at 12 mTorr, SiH4 and NH3 were used as the reaction gas for the plasma treatment, and a power of 13.56 MHz of 6 kW was applied for the plasma reaction, and the reaction proceeded for 120 seconds.
피처리 기판은 크기가 925mm × 1500mm인 기판이 사용되었고, 도 8에서와 같은 기판 위치를 측정하여 증착율 및 증착분포도를 계산하였다.A substrate having a size of 925 mm x 1500 mm was used as a substrate to be processed, and the position of the substrate as shown in Fig. 8 was measured to calculate the deposition rate and the deposition distribution.
표 1은 각 영역에서의 증착 두께를 측정한 결과값을 나타낸다. Table 1 shows the results of measurement of the deposition thickness in each region.
결과값을 이용하여 증착율과 증착분포도를 계산하면 증착율은 589.95Å/min이며, 증착분포도는 ±9.93%의 결과값을 산출할 수 있고, 이는 증착율과 증착분포도 모두 테스트 목표에 달성되었음을 확인할 수 있다.The deposition rate and the distribution of deposition were calculated to be 589.95 Å / min and the deposition distribution of ± 9.93%, respectively. The deposition rate and the deposition distribution were both achieved in the test target.
정전척 전극에 대한 성능 평가는 정전척 전극 온도 균일도를 80±5℃ 이내를 목표로 시뮬레이션 툴을 이용하여 시뮬레이션을 실시하였다.The performance of the electrostatic chuck electrode was simulated using a simulation tool aiming at the electrostatic chuck electrode temperature uniformity within 80 ± 5 ℃.
도 9는 정전척 전극을 3D로 모델링하고, 온도 시뮬레이션 툴인 솔리드웍스를 이용하여 정전척 전극의 온도 편차를 시뮬레이션 진행한 결과이다. 9 is a result of simulating the temperature deviation of the electrostatic chuck electrode by modeling the electrostatic chuck electrode in 3D and using SolidWorks as a temperature simulation tool.
시뮬레이션 조건은 외부온도를 20℃로 하고 하부 플레이트의 크기를 t30×1080×1660mm의 크기로 모델링 하였으며, 재질은 A5052로 설정하였다. 냉각제 패턴에 흐르는 유체는 HT200으로 설정하였으며, 내부 영역에 흐르는 유체의 유량 및 온도는 20L/min, 80℃로 설정하고, 외부 및 모서리 영역에 흐르는 유체의 유량 및 온도를 30L/min, 82℃로 설정하여 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 결과 정전척 전극의 온도편차는 ±1.72℃로써 ±5℃ 이내인 목표에 달성되었음을 확인할 수 있다.The simulation condition was that the external temperature was 20 ℃ and the size of the bottom plate was modeled as t30 × 1080 × 1660mm and the material was set as A5052. The fluid flowing in the coolant pattern was set to HT200 and the flow rate and temperature of the fluid flowing in the inner region were set to 20 L / min and 80 ° C. and the flow rate and temperature of the fluid flowing in the outer and edge regions were set to 30 L / min and 82 ° C. And the simulation was performed. Simulation results show that the temperature deviation of the electrostatic chuck electrode is within ± 5 ℃ with ± 1.72 ℃.
상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 증착 장비는 다수개의 통과홀이 형성된 샤워헤드가 지지대부와 프레임 사이에 배치되어, 제1 영역에 공정을 위한 제1 플라즈마를 발생시키고, 제1 플라즈마에 의해 발생된 제1 라디칼을 샤워헤드의 다수개의 통과홀을 통해 제2 처리영역으로 이동시켜 샤워헤드에서 분사되는 제2 가스와 함께 반응시켜 피처리 기판에 증착시킴으로써 증착분포도를 향상시킬 수 있다. As described above, in the plasma deposition apparatus of the present invention, a showerhead having a plurality of through-holes is disposed between the support frame and the frame to generate a first plasma for processing in the first region, and a plasma generated by the first plasma The first radical may be transferred to the second processing zone through the plurality of through holes of the showerhead and reacted with the second gas injected from the showerhead to deposit the substrate on the substrate.
또한, 리모트 플라즈마 장비를 별도로 구비하지 않고 제1 영역에서 발생되는 제2 플라즈마의 제2 라디칼을 이용하여 챔버 몸체 내에 생성된 부산물을 세정시킴으로써 비용을 절감할 수 있으며, 장비의 구조를 단순화 할 수 있는 플라즈마 증착 장치를 제공한다.In addition, it is possible to reduce the cost by cleaning the by-products generated in the chamber body by using the second radical of the second plasma generated in the first region without separately providing the remote plasma equipment, A plasma deposition apparatus is provided.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
300 : 챔버 몸체
301 : 피처리 기판
310 : 상부 덮게
320 : 프레임
330 : 하부 본체
340 : 플라즈마 발생부
350 : 처리실
360 : 샤워헤드
370 : 지지대부
380 : 배기 장치300: chamber body 301: substrate to be processed
310: upper cover 320: frame
330: Lower main body 340: Plasma generating part
350: processing chamber 360: shower head
370: Supporting portion 380: Exhausting device
Claims (10)
챔버 몸체;
상기 챔버 몸체에 의해 제공되고, 수용된 피처리 기판의 플라즈마 처리가 이루어지는 처리실;
상기 처리실 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;
상기 챔버 몸체 내에 배치되어 상기 피처리 기판을 지지하는 지지대부;
상기 처리실 내 상기 지지대부 위쪽에 배치되어 상기 처리실을 상부 제1 영역과 하부 제2 영역으로 분리하는 샤워헤드; 및
상기 처리실내 제1 영역으로 제1 가스를 공급하도록 설치되는 제1 가스공급부;를 포함하고,
상기 샤워헤드는 상기 제1 영역의 제1 라디칼을 통과시키는 다수개의 통과홀을 구비하고, 상기 제2 영역으로 제2 가스를 공급하도록 형성된 제2 가스 공급라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.In the plasma deposition apparatus,
A chamber body;
A processing chamber provided by the chamber body for plasma processing the accommodated substrate to be processed;
A plasma generator for generating a plasma in the process chamber;
A support base disposed in the chamber body for supporting the substrate to be processed;
A showerhead disposed above the support portion in the treatment chamber to separate the treatment chamber into an upper first region and a lower second region; And
And a first gas supply unit installed to supply a first gas to the first region of the processing chamber,
Wherein the showerhead has a plurality of through holes for passing a first radical of the first region and a second gas supply line formed to supply a second gas to the second region, .
상기 제2 가스 공급라인은 상기 샤워헤드의 측방향으로 인입되어 상기 샤워헤드 내에 배치되고, 상기 공급라인에는 다수개의 분출구가 연결되는 것을 특징으로하는 플라즈마 증착장치.The method according to claim 1,
Wherein the second gas supply line is drawn in the lateral direction of the showerhead and is disposed in the showerhead, and a plurality of air outlets are connected to the supply line.
상기 다수개의 분출구 각각은 상부가 막힌 하방 분출구인 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.3. The method of claim 2,
Wherein each of the plurality of air outlets is a downward air outflow which is blocked at the top.
상기 샤워헤드는 상기 플라즈마 발생부보다 상기 지지대부에 더 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.The method according to claim 1,
Wherein the showerhead is disposed closer to the support portion than the plasma generating portion.
제1 가스의 제1 라디칼과 제2 가스는 제2 영역에서 반응하여 상기 피처리 기판 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.The method of claim 3,
Wherein the first radical of the first gas and the second gas react in the second region and are deposited on the substrate to be processed.
상기 제1 가스공급부로는 세정 공정 시 세정 가스를 분사시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.The method according to claim 1,
And the cleaning gas is injected into the first gas supply unit during the cleaning process.
상기 다수개의 분출구는 상기 샤워헤드를 구역별로 분할하여 형성되어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of air outlets are formed by dividing the showerhead into zones.
상기 제2 가스는 상기 제1 가스 종류에 상응하여 분사되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.3. The method of claim 2,
And the second gas is injected corresponding to the first gas type.
상기 제1 가스가 N2, H2, NH3, O2, N2O 중 어느 하나인 경우, 상기 제2 가스가 분사되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.9. The method of claim 8,
Wherein the second gas is injected when the first gas is one of N2, H2, NH3, O2, and N2O.
상기 제1 가스가 NF3, SF6, Ar 중 어느 하나인 경우, 상기 제1 가스만 분사되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장치.10. The method of claim 9,
Wherein when the first gas is one of NF3, SF6, and Ar, only the first gas is injected.
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KR20190076550A (en) | 2017-12-22 | 2019-07-02 | 인베니아 주식회사 | Shower head assembly and apparatus for processing substrate having the same |
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2014
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