KR20160103418A - 기판 처리방법 - Google Patents

기판 처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160103418A
KR20160103418A KR1020150025905A KR20150025905A KR20160103418A KR 20160103418 A KR20160103418 A KR 20160103418A KR 1020150025905 A KR1020150025905 A KR 1020150025905A KR 20150025905 A KR20150025905 A KR 20150025905A KR 20160103418 A KR20160103418 A KR 20160103418A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
carbon atoms
gas
recombination
process chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020150025905A
Other languages
English (en)
Inventor
피중호
구분회
윤선호
박광수
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주성엔지니어링(주) filed Critical 주성엔지니어링(주)
Priority to KR1020150025905A priority Critical patent/KR20160103418A/ko
Publication of KR20160103418A publication Critical patent/KR20160103418A/ko
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02376—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H10P14/6328—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02527—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H10P14/2903—
    • H10P14/3406—
    • H10P95/90—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

기판 처리방법의 일 실시예는, 공정챔버 내부를 승온하는 승온단계; 기판을 가열하여 열처리하는 어닐링(annealing)단계; 공정가스를 공정챔버에 유입시키는 가스유입단계; 상기 공정가스로부터 탄소원자를 추출하는 탄소추출단계; 탄소원자들이 서로 재결합하는 것을 억제하는 재결합억제단계; 및 탄소원자를 상기 기판 표면층에 확산시키는 확산단계를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리방법{Substrate disposition method}
실시예는, 탄소원자들간 재결합을 억제할 수 있는 기판 처리방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 적층하여 제조한다.
반도체 제조공정은 기판상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정, 기판에 결정을 성장시키는 공정 등을 포함한다.
이러한 반도체를 제조하는 기판 처리공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 공정챔버를 포함하는 기판 처리장치에서 진행된다.
한편, 그래핀(graphene) 결정을 형성시키는 기판 처리공정에서는 탄화수소계의 소스물질로부터 탄소와 수소간 또는 탄소와 탄소간 결합을 끊어 탄소원자를 추출하고 이러한 탄소원자들을 사용하여 그래핀을 형성할 수 있다.
그러나, 탄소원자들은 비교적 작은 에너지에서 서로 재결합이 발생할 수 있으므로, 탄소원자들간 재결합을 억제할 수 있도록 기판 처리방법의 개선이 요구된다.
따라서, 실시예는, 탄소원자들간 재결합을 억제할 수 있는 기판 처리방법에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기판 처리방법의 일 실시예는, 공정챔버 내부를 승온하는 승온단계; 기판을 가열하여 열처리하는 어닐링(annealing)단계; 공정가스를 공정챔버에 유입시키는 가스유입단계; 상기 공정가스로부터 탄소원자를 추출하는 탄소추출단계; 탄소원자들이 서로 재결합하는 것을 억제하는 재결합억제단계; 및 탄소원자를 상기 기판 표면층에 확산시키는 확산단계를 포함할 수 있다.
상기 공정가스는 메탄가스 및 프로판가스 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 기판의 표면층에는 금속촉매가 함유되는 것일 수 있다.
상기 금속촉매는 니켈 또는 구리인 것일 수 있다.
상기 재결합억제단계는, 추출된 탄소원자를 가열하여 탄소원자의 재결합을 억제하는 것일 수 있다.
상기 재결합억제단계는, 상기 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 추출된 탄소원자의 재결합을 억제하는 것일 수 있다.
기판 처리방법의 일 실시예는, 상기 확산단계 이후, 상기 기판을 냉각하여 상기 기판의 표면에 결정을 성장시키는 결정성장단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 결정은 그래핀(graphene)인 것일 수 있다.
상기 재결합억제단계는, 상기 공정챔버에 구비되는 가열부에 의해 탄소원자가 가열되는 것일 수 있다.
상기 가열부는 상기 가스분배장치 내부에 구비되고, 유도가열장치는 포함하는 것일 수 있다.
실시예에서, 가열부와 플라즈마에 의해 소스물질에서 추출되는 탄소원자들에 큰 에너지가 가해지므로, 탄소원자들은 서로 재결합하지 않고 기판에 침투 또는 확산되어 그래핀을 형성할 수 있다.
또한, 가열부와 플라즈마에 의해 탄소원자들간 재결합을 방지하거나 현저히 줄일 수 있으므로, 탄소원자간 결합에 의한 파티클의 형성을 방지하거나, 현저히 줄일 수 있다.
또한, 상기 파티클의 발생이 현저히 줄어들기 때문에 그래핀 성장에 투입되는 탄화수소계 소스물질의 소모량을 현저히 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 기판 처리방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 1의 A부분의 소스물질의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 도면이다. 기판 처리장치는 공정챔버를 포함할 수 있으며, 상기 공정챔버 내부에는 기판안착부(200), 가스분배장치(300), 가열부(700)를 포함할 수 있다.
기판 처리장치는 반응 공간이 구비된 공정챔버(100), 상기 공정챔버(100) 내에 구비되어 적어도 하나의 기판(10)을 지지하는 기판안착부(200), 상기 기판안착부(200)와 대향되는 공정챔버(100) 내의 타측에 구비되어 공정가스를 분사하는 가스분배장치(300)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공정챔버(100) 외측에 구비되어 가스분배장치(300)로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 공정챔버(100) 내부를 배기하기 위한 배기부(500)를 더 포함할 수 있다.
공정챔버(100)는 내부에 기판(10)의 증착을 위한 공간이 구비되는 통 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 공정챔버(100)는 기판(10)의 형상에 따라 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
이러한 공정챔버(100)의 내부에는 기판안착부(200)와 가스분배장치(300)가 서로 대향되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판안착부(200)가 공정챔버(100)의 하측에 구비되고, 가스분배장치(300)가 공정챔버(100)의 상측에 구비될 수 있다.
또한, 공정챔버(100)에는 기판(10)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(110)가 구비될 수 있다. 그리고, 공정챔버(100)에는 공정챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(400)와 연결된 가스 유입구(120)가 구비될 수 있다.
또한, 공정챔버(100)에는 공정챔버(100)의 내부 압력을 조절하거나, 공정가스 기타 공정챔버(100) 내부의 이물질 등을 배기하기 위해, 배기구(130)가 구비되고 배기구(130)에 배기부(500)가 연결될 수 있다.
예를 들어, 기판 출입구(110)는 공정챔버(100)의 일 측면에 기판(10)이 출입할 수 있는 정도의 크기로 구비될 수 있고, 가스 유입구(120)는 공정챔버(100)의 상부벽을 관통하여 구비될 수 있으며, 배기구(130)는 기판안착부(200)보다 낮은 위치의 공정챔버(100)의 측벽 또는 하부벽을 관통하여 구비될 수 있다.
기판안착부(200)는 공정챔버(100)의 내부에 구비되어 공정챔버 (100) 내부로 유입되는 적어도 하나의 기판(10)이 안착된다. 이러한 기판안착부(200)는 가스분배장치(300)와 대향하는 위치에 구비될 수 있다. 예를 들어, 공정챔버(100) 내부의 하측에 기판안착부(200)가 구비되고, 공정챔버(100) 내부의 상측에 가스분배장치(300)가 구비될 수 있다.
기판안착부(200) 하부에는 기판안착부(200)를 상하로 이동시키는 승강장치(210)가 구비될 수 있다. 승강장치(210)는 기판안착부(200)의 적어도 일 영역, 예를 들어 중앙부를 지지하도록 구비되고, 기판안착부(200) 상에 기판(10)이 안착되면 기판안착부(200)를 가스분배장치(300)와 근접하도록 이동시킨다.
또한, 기판안착부(200) 내부에는 히터(미도시)가 장착될 수 있다. 히터는 정해진 온도로 발열하여 기판(10)을 가열함으로써 박막 증착 공정, 식각 공정 등이 기판(10) 상에서 용이하게 실시되도록 할 수 있다.
실시예에서 기판(10)은 예를 들어, 그래핀(graphene)이 표면에 형성되어 성장되는 기판일 수 있다. 그래핀은 탄소원자들이 육각형의 벌집모양으로 서로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 고분자 탄소 동소체를 말한다. 이러한 그래핀은 성장하여 필름 형태를 이룰 수 있고, 그래핀의 성장은 그래핀 결정성장 방법에 의해 구현될 수 있다.
가스분배장치(300)는 공정챔버(100) 내부의 상측에 구비되어 기판안착부(200) 상에 안치된 기판(10)을 향해 공정가스를 분사한다. 이러한 가스분배장치(300)는 기판안착부(200)와 마찬가지로 기판(10) 형상에 대응되는 형상으로 제작될 수 있는데, 대략 원형 또는 사각형으로 제작될 수 있다.
한편, 가스분배장치(300)는 상부판(310), 샤워헤드(320), 측벽판(330)을 포함할 수 있다. 상부판(310)은 상기 공정챔버(100)의 상부벽과 마찬가지로 가스 유입구(120)가 형성되어 가스 공급부(400)와 연결될 수 있다.
샤워헤드(320)는 상기 상부판(310)과 상하방향으로 일정거리 이격되어 구비되고, 복수의 분사홀(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 샤워헤드(320)는 가스분배장치(300)로 유입되는 공정가스가 상기 기판안착부(200)에 균일하게 분사되도록 하는 역할을 할 수 있다. 측벽판(330)은 상기 상부판(310)과 샤워헤드(320) 사이의 공간을 밀폐하도록 구비될 수 있다.
가스 공급부(400)는 복수의 공정가스를 각각 공급하는 가스 공급원(410), 가스 공급원(410)으로부터 공정가스를 공정챔버(100) 내부로 공급하는 가스 공급관(420)을 포함할 수 있다. 공정가스는 박막증착 가스, 식각 가스 등을 포함할 수 있다.
배기부(500)는 배기장치(510)와 공정챔버(100)의 배기구(130)와 연결된 배기관(520)을 포함할 수 있다. 배기장치(510)는 진공 펌프 등이 사용될 수 있으며, 이에 따라 공정챔버(100) 내부를 진공에 가까운 압력, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 압력까지 진공 흡입할 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 기판 처리장치에는 RF전원(620), 임피던스 매칭박스(I.M.B (Impedance Matching Box), 610)를 구비하는 RF 전력공급부(600)가 더 포함될 수 있다. RF 전력공급부(600)는 상기 가스분배장치(300)의 상부판(310)을 플라즈마 전극으로 사용하여 공정가스에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이를 위해 상부판(310)에는 RF전력을 공급하는 RF전원(620)이 연결되고, 상부판(310)과 RF전원(620)의 사이에는 최대 전력이 인가될 수 있도록 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭박스(610)가 위치할 수 있다.
한편, 그래핀은 탄소를 포함하는 탄화수소계 물질로부터 탄소를 추출하여 상기 탄소가 기판(10) 상에서 서로 육각형의 벌집모양으로 결합하여 생성될 수 있다. 따라서, 상기 공정가스는 탄화수소계 물질 예를 들어, 메탄가스 또는 프로판가스를 포함할 수 있다.
메탄가스 또는 프로판 가스로부터 분리되는 탄소원자들은 기판(10)에 다다르기 전에 서로 결합하여 파티클(particle)들을 형성할 수 있다. 즉, 상기 탄화수소계 물질로부터 탄소원자와 수소원자 사이의 결합을 끊어 탄소원자들을 추출하는 에너지보다 매우 작은 에너지에 의해서도 탄소원자간 결합은 쉽게 일어날 수 있으므로 상기 파티클들은 쉽게 형성될 수 있다.
이러한 경우, 그래핀으로 형성되어야할 탄소원자가 파티클이 되어 버리므로, 그래핀을 생성하기 위해 많은 양의 메탄가스, 프로판 가스 등 탄화수소계 소스물질이 필요하게 되고, 그래핀 제조공정의 효율성도 떨어질 수 있다.
따라서, 탄소원자들이 기판(10)에 다다르기 전에 서로 결합하여 파티클을 형성하지 않도록, 탄소원자들 사이의 재결합을 억제할 필요가 있다. 이러한 재결합 억제는 RF 전력공급부(600) 또는 가열부(700)를 통해 구현할 수 있다.
상기 RF 전력공급부(600)는 공정가스에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 즉, 플라즈마의 에너지는 탄소원자들 사이의 재결합에 필요한 에너지보다 더 강하므로, 플라즈마가 발생하면 탄소원자들 사이의 재결합이 억제될 수 있다.
가열부(700)는 상기 가스분배장치(300)에 유입되는 공정가스를 가열하여 탄화수소계 소스물질로부터 분리된 탄소원자들 사이의 재결합에 필요한 에너지보다 강한 에너지를 탄소원자들에 가함으로써, 탄소원자들 사이의 재결합을 억제하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 가열부(700)는 상기 기판안착부(200)와 동등하거나 그 이상의 열을 공정가스 가하여 탄소원자들이 기판(10)에 다다르기 전까지 소스물질로부터 탄소원자와 수소원자를 서로 분리하는 에너지와 동등하거나 그 이상의 에너지를 탄소원자들에 가할 수 있다. 이로써, 상기 가열부(700)는 탄소원자들 사이의 재결합을 억제할 수 있다.
상기 가열부(700)는 가스분배장치(300)에 유입되는 공정가스를 가열하기 위해 다양한 방식으로 공정챔버에 구비될 수 있다. 일 실시예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가열부(700)는 유도가열 방식으로 구비될 수 있다.
유도가열방식은 전자기유도에 의해 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 피가열체를 가열하는 방식을 말한다. 즉, 변압기의 2차코일 대신 피가열체를 사용하여 전자기유도에 의해 유도된 2차전류가 피가열체를 흐르는 경우에 발생하는 줄열(Joule heat)을 이용하여 피가열체를 가열할 수 있다.
따라서, 가열부(700)는 유도가열장치를 포함할 수 있고, 피가열체는 예를 들어 샤워헤드(320)일 수 있다. 샤워헤드(320)는 소스물질이 관통하는 부위이므로, 샤워헤드(320)를 가열하여 탄소원자들에 높은 에너지를 가할 수 있고, 이에 따라 탄소원자들 사이의 재결합이 억제될 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 유도가열방식의 가열장치인 경우, 상기 가열부(700)는 상기 가스분배장치(300) 내부에 구비되고 상기 샤워헤드(320)와 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 다른 실시예로 상기 가열부는 전기저항 가열방식으로 구비될 수도 있다. 이 경우에도 피가열체는 예를 들어 샤워헤드(320)일 수 있다. 또한, 가열부는 샤워헤드(320)의 표면 또는 내부에 구비될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 기판 처리방법을 나타낸 순서도이다. 실시예에서, 예를 들어, 기판(10)에 그래핀 결정을 형성하고 성장시키는 기판 처리방법을 설명한다. 기판 처리방법은 승온단계(S110), 어닐링(annealing)단계(S120), 가스유입단계(S130), 탄소추출단계(S140), 재결합억제단계(S150), 확산단계(S160) 및 결정성장단계(S170)를 포함할 수 있다.
승온단계(S110)에서는, 공정챔버 내부를 약 800℃ 이상으로 승온할 수 있다. 이때, 승온을 위한 가열장치는 공정챔버 내부에 별도로 구비될 수 있고, 할로겐을 사용하는 램프형 히터, 유도가열방식의 히터, 전기저항 가열방식의 히터 등의 가열장치를 사용할 수 있다. 또한, 상기 가열부(700)를 공정챔버 내부의 승온에 사용할 수도 있다.
어닐링단계(S120)에서는, 기판(10)을 가열하여 열처리를 진행할 수 있다. 이때, 기판(10)의 표면층에는 금속촉매(metal catalyst)가 함유될 수 있다. 이때, 금속촉매는 그래핀 생성에 필요한 엔탈피를 낮추어 그래핀의 생성속도를 높이는 역할을 할 수 있다.
상기 어닐링 작업을 통해 상기 기판(10) 표면에 그래핀이 효과적으로 형성될 수 있도록 상기 기판(10) 표면이 활성화될 수 있다. 상기 금속촉매는 예를 들어, 니켈 또는 구리를 포함할 수 있다.
가스유입단계(S130)에서는, 공정가스를 공정챔버에 유입시킬 수 있다. 이때, 공정가스는 그래핀의 원료인 탄소를 포함하는 탄화수소계 물질, 예를 들어, 메탄가스 또는 프로판가스 또는 메탄가스와 프로판 가스가 혼합된 소스물질을 포함할 수 있다.
이때, 상기한 바와 같이, 상기 공정가스는 가스 공급부(400)와 연결된 가스 유입구(120) 통해 상기 가스분배장치(300)로 유입될 수 있다.
탄소추출단계(S140)에서는, 상기 공정가스에 포함되는 소스물질로부터 수소와 탄소간 결합을 끊어 탄소원자를 추출할 수 있다. 다만, 소스물질에 프로판 등 탄소간 결합이 형성된 물질이 포함되는 경우, 탄소간 결합도 끊어 탄소원자를 추출할 수 있다.
이때, 공정챔버 내부는 약 800℃ 이상으로 승온된 상태이고, 이러한 온도 분위기에서 공정챔버에 유입되는 소스물질에서 수소와 탄소 또는 탄소와 탄소간 결합이 끊어져 탄소원자가 추출될 수 있다.
한편, RF 전력공급부(600)를 사용하여 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시키게 되면, 공정챔버 내부의 온도가 비교적 낮은 상태에서도 플라즈마에 의한 에너지가 상기 소스물질에 가해져 탄소원자가 추출될 수 있다.
탄소추출단계(S140)에서 추출된 탄소가 모두 그래핀 결정성장에 사용된다면 문제가 없으나, 이는 추출된 탄소 사이의 재결합 발생으로 인해 제한될 수 있다.
즉, 추출된 탄소가 기판(10)에 도달할 때까지의 영역 즉, 프로세스존(process zone)에서 상하방향의 온도구배에 의한 대류, 상기 프로세스존의 특정 위치에서 낮은 온도 또는 에너지로 인해, 탄소 사이의 재결합 현상이 발생하고 이로인해 탄소 사이의 결합을 이룬 파티클이 생성될 수 있다.
따라서, 이러한 탄소들의 재결합과 파티클 생성을 억제하기 위한 조치가 필요하다. 이러한 조치는 하기에 설명하는 재결합억제단계(S150)에서 구현될 수 있다.
재결합억제단계(S150)에서는, 탄소원자들이 서로 재결합하는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 가스분배장치(300) 내부에서 소스물질로부터 탄소원자들이 추출될 수 있고, 상기 탄소원자들이 샤워헤드(320)를 통과하여 기판(10)에 다다르는 동안 국부적인 냉각 등의 원인으로 탄소간 재결합이 일어나 파티클들이 형성될 수 있다.
따라서, 탄소 사이의 재결합을 억제하기 위해서는, 탄소간 재결합되는 온도 또는 에너지 이상을 상기 프로세스존 전 영역에서 유지하는 것이 필요하고, 상기 프로세스존의 대류에 의한 열유동을 고려할 경우, 기판안착부(200)가 프로세스존의 전 영역보다 낮은 온도 혹은 에너지를 가지도록 구현되는 것이 적절할 수 있다.
따라서, 실시예에서는 샤워헤드(320)와 기판(10) 사이의 프로세스존에서 기판(10)보다 높은 온도 또는 에너지를 유지하여 탄소간 재결합이 일어나는 것을 억제하는 것이 적절하다. 이러한 재결합 억제는 상기한 바와 같이, 가열부(700) 또는 RF 전력공급부(600)에 의해 수행될 수 있다.
즉, 가열부(700)에 의해 탄소원자들에 에너지를 가하거나, RF 전력공급부(600)에 의해 발생한 플라즈마가 탄소원자들에게 에너지를 가하여, 상기 탄소원자들이 원자상태로 존재하도록 하고 탄소원자들간 재결합을 억제할 수 있다.
확산단계(S160)에서는, 탄소원자를 상기 기판(10) 표면층에 확산시킬 수 있다. 즉, 탄소원자를 상기 기판(10)의 표면층에 침투 또는 확산(diffusion)시킬 수 있다. 탄소원자들은 상기 기판(10)의 표면층에 침투하여 서로 결합하여 그래핀을 형성할 수 있다.
결정성장단계(S170)에서는, 상기 기판(10)을 냉각시켜 그래핀 결정을 성장시킬 수 있다. 즉, 상기 표면층에 침투 또는 확산된 탄소원자들이 서로 결합하여 그래핀을 형성한 상태의 기판(10)을 냉각하면, 상기 그래핀이 상기 기판(10) 표면으로 돌출 및 확산(outdiffusion)될 수 있다.
이후, 가스유입단계(S130) 내지 결정성장단계(S170)를 반복하여 수행하면, 그래핀 결정은 계속적으로 성장하여 그래핀 필름 등을 형성할 수 있다.
도 3은 도 1의 A부분의 소스물질의 상태를 설명하기 위한 도면이다. 만약, 재결합억제단계(S150)를 거치지 않은 경우, 탄소원자들은 서로간 단일결합(C-C), 이중결합(C=C) 또는 삼중결합(C≡C)을 하여 파티클을 형성하고, 상기 파티클들은 분자간 결합을 통해 검뎅(soot)을 형성할 수 있다.
그러나, 재결합억제단계(S150)를 거친 탄소원자들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 가열부(700) 또는 플라즈마에 의해 큰 에너지가 가해지므로 원자상태로 그대로 존재하고 서로 재결합하지 않거나, 재결합되는 비율이 현저히 줄어들 수 있다.
따라서, 샤워헤드(320)를 통과한 탄소원자들은 재결합하지 않은 상태로 그대로 직하하여 상기 기판(10)에 침투 또는 확산되고 서로 결합하여 그래핀을 형성할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 메탄, 프로판 등 탄화수소계 소스물질로부터 탄소원자가 추출되고 남은 수소원자들은 서로 결합하여 분자상태의 수소가스를 형성할 수 있고, 상기 수소가스는 배기구(130)를 통해 공정챔버(100) 외부로 배출될 수 있다.
실시예에서, 가열부(700)와 플라즈마에 의해 소스물질에서 추출되는 탄소원자들에 큰 에너지가 가해지므로, 탄소원자들은 서로 재결합하지 않고 기판(10)에 침투 또는 확산되어 그래핀을 형성할 수 있다.
또한, 가열부(700)와 플라즈마에 의해 탄소원자들간 재결합을 방지하거나 현저히 줄일 수 있으므로, 탄소원자간 결합에 의한 파티클의 형성을 방지하거나, 현저히 줄일 수 있다.
또한, 상기 파티클의 발생이 현저히 줄어들기 때문에 그래핀 성장에 투입되는 탄화수소계 소스물질의 소모량을 현저히 줄일 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
10: 기판
200: 기판안착부
300: 가스분배장치
320: 샤워헤드
600: RF 전력공급부
700: 가열부

Claims (10)

  1. 공정챔버 내부를 승온하는 승온단계;
    기판을 가열하여 열처리하는 어닐링(annealing)단계;
    공정가스를 공정챔버에 유입시키는 가스유입단계;
    상기 공정가스로부터 탄소원자를 추출하는 탄소추출단계;
    탄소원자들이 서로 재결합하는 것을 억제하는 재결합억제단계; 및
    탄소원자를 상기 기판 표면층에 확산시키는 확산단계
    를 포함하는 기판 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스는 메탄가스 및 프로판가스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면층에는 금속촉매가 함유되는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속촉매는 니켈 또는 구리인 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 재결합억제단계는,
    추출된 탄소원자를 가열하여 탄소원자의 재결합을 억제하는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재결합억제단계는,
    상기 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 추출된 탄소원자의 재결합을 억제하는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 확산단계 이후, 상기 기판을 냉각하여 상기 기판의 표면에 결정을 성장시키는 결정성장단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 결정은 그래핀(graphene)인 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 재결합억제단계는,
    상기 공정챔버에 구비되는 가열부에 의해 탄소원자가 가열되는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 공정챔버 상측에 배치되는 가스분배장치 내부에 구비되고, 유도가열장치는 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법.
KR1020150025905A 2015-02-24 2015-02-24 기판 처리방법 Ceased KR20160103418A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150025905A KR20160103418A (ko) 2015-02-24 2015-02-24 기판 처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150025905A KR20160103418A (ko) 2015-02-24 2015-02-24 기판 처리방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160103418A true KR20160103418A (ko) 2016-09-01

Family

ID=56942594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150025905A Ceased KR20160103418A (ko) 2015-02-24 2015-02-24 기판 처리방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160103418A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6679591B2 (ja) プロセス均一性を高めるための方法およびシステム
KR102503141B1 (ko) 펄스화된 질화물 캡슐화
JP5619164B2 (ja) Ｃｖｄ方法およびｃｖｄ反応炉
TWI395517B (zh) 電漿處理腔室之非平面面板
TWI618138B (zh) 半導體處理中的邊緣環之熱管理
JP2019009424A (ja) マルチゾーン半導体基板支持体
KR20140034115A (ko) 이중 전달 챔버 디자인
CN104046961B (zh) 衬底支撑器以及包含所述衬底支撑器的衬底处理设备
CN205088301U (zh) 用于等离子体增强化学气相沉积的装置
TW200849336A (en) Apparatus and method for deposition over large area substrates
TW201218301A (en) Apparatus having improved substrate temperature uniformity using direct heating methods
US20050281951A1 (en) Dielectric barrier discharge method for depositing film on substrates
JP2015531171A (ja) 基板処理装置
US20150322571A1 (en) Substrate processing apparatus
US11495456B2 (en) Ozone for selective hydrophilic surface treatment
KR102545470B1 (ko) 그래핀 제조방법
JP2014518452A (ja) 気相成長システム用のプロセスガスディフューザ組立体
CN104641464B (zh) 基板处理装置
TW200915382A (en) Plasma treatment apparatus and method of plasma treatment
KR20160103418A (ko) 기판 처리방법
US20150284847A1 (en) Method of Forming an Epitaxial Layer and Apparatus for Processing a Substrate Used for the Method
US20140335684A1 (en) Manufacturing method and manufacturing apparatus of semiconductor device
KR102374079B1 (ko) 기판 처리장치에 구비되는 기판안착부
US9869017B2 (en) H2/O2 side inject to improve process uniformity for low temperature oxidation process
KR101677662B1 (ko) 냉각장치가 구비되는 기판 처리장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

St.27 status event code: N-2-6-B10-B15-exm-PE0601

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000