KR20210070419A - 박막 증착 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 의한 박막 증착 장치는 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 챔버, 챔버 내부로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 공급 장치, 가스 공급 장치와 대향하도록 설치되며 상부에 기판이 안착되고 내부에 히터를 구비하는 서셉터 및 처리 대상 기판에 박막이 증착된 후, 히터와 챔버 월 간의 온도 차이가 목표값이 되도록 히터를 제어하고 퍼지하는 컨트롤러를 포함하도록 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 반도체막 소자 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상을 전기적 신호로 변환하는 반도체 소자이다.
디지털 정보 기술의 발전 및 확산에 따라 고해상도 이미지 센서에 대한 요구가 증가하였으며, 유기물질을 이용한 유기 이미지 센서가 개발되었다.
유기 이미지 센서는 집광 렌즈와 컬러 필터를 거쳐 들어온 광 신호를 유기 박막과 화소 전극으로 전송하여 디지털 신호로 변환한다.
유기 물질은 고온에서 열분해되므로, 유기 이미지 센서와 같이, 유기 물질을 이용한 반도체 소자는 저온 공정으로 제조한다.
저온 반도체 제조 공정시 반응 부산물이 기판의 에지 부분에 편중될 수 있고, 이에 따라 반도체 소자의 제조 수율이 저하된다.
본 기술의 실시예는 박막 증착 후 미반응 부산물의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 박막 증착 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 박막 증착 장치는 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버 내부로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 공급 장치; 상기 가스 공급 장치와 대향하도록 설치되며 상부에 상기 기판이 안착되고 내부에 히터를 구비하는 서셉터; 및 처리 대상 기판에 박막이 증착된 후, 상기 히터와 상기 챔버 월 간의 온도 차이가 목표값이 되도록 상기 히터를 제어하고 퍼지하는 컨트롤러;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 챔버와, 상기 챔버 내부로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 공급 장치와, 상기 가스 공급 장치와 대향하도록 설치되고 상부에 상기 기판이 안착되고 내부에 히터를 구비하는 서셉터를 포함하는 박막 증착 장치에서의 박막 증착 방법으로서, 상기 챔버 내에 기판을 인입하고 공정가스를 공급하여 상기 기판 상에 박막을 형성하는 증착 단계; 상기 증착 단계 이후, 상기 히터와 상기 챔버 월 간의 온도 차이가 목표값이 되도록 상기 히터를 제어하는 단계; 및 미반응된 상기 공정 가스를 제거하는 퍼지 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술에 의하면, 저온에서 박막 증착 후 발생하는 몰림성 파티클을 제거할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 박막 증착 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 공정 조건에 따른 파티클 제거 양상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 공정 조건에 따른 증착 박막의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 공정 조건에 따른 박막의 증착률을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 공정 조건에 따른 박막의 굴절률을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 공정 조건에 따른 파티클 제거 양상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 공정 조건에 따른 증착 박막의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 공정 조건에 따른 박막의 증착률을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 공정 조건에 따른 박막의 굴절률을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 위한 박막 증착 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 박막 증착 장치(10)는 챔버(100), 가스 제공부(200), 전원공급 및 정합부(300) 및 컨트롤러(400)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 상부가 개방된 본체(110) 및 본체(110) 상단을 폐쇄하도록 구성되는 가스 공급 장치(120)를 포함할 수 있다.
챔버(100) 내부 공간은 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 이루어지는 공간일 수 있다. 본체(110) 측면의 지정된 위치에는 기판(W)이 반입 및 반출되는 게이트(G)가 마련될 수 있다. 본체(110)의 저면에는 기판(W)이 안착되는 서셉터(130)의 지지축(140)이 삽입되는 관통공이 형성될 수 있다.
서셉터(130)는 상면에 적어도 하나의 기판(W)이 안착되도록 전체적으로 평판 형상을 가지며, 가스 공급 장치(120)에 대향하여 수평 방향으로 설치될 수 있다. 지지축(140)은 서셉터(130) 후면에 수직 결합되며, 챔버(100) 저부의 관통공을 통해 외부의 구동부(미도시)와 연결되어, 서셉터(130)를 승강 및/또는 회전시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 서셉터(130)는 전극(제 2 전극)으로 작용할 수 있다.
서셉터(130)의 내부에는 히터(132)가 구비되어 상부에 안착된 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다. 전원부(170)는 히터(132)로 전원을 공급하여 히터(132)가 발열하도록 구성될 수 있다.
챔버(100) 내부는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 본체(110)의 지정된 위치, 예를 들어 저면에는 배기구(150)가 형성될 수 있다. 배기구(150)는 외부의 펌프(160)와 연결될 수 있다. 배기구(150)를 통해 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만들 수 있고, 공정 후 발생하는 가스를 배출할 수 있다.
도 1에는 배기구(150)가 챔버(200)의 저부에 형성된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 배기구(150)는 챔버(200)의 측면에 형성될 수도 있다.
가스 공급 장치(120)는 본체(110) 상부에 서셉터(130)와 대향하도록 설치될 수 있다. 가스 공급 장치(120)는 가스 제공부(200)로부터 공급되는 다양한 공정가스를 챔버(100) 내부로 분사할 수 있다. 가스 공급 장치(120)는 샤워헤드 타입, 인젝터 타입, 노즐 타입 등 다양한 방식의 가스 공급 장치 중에서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 공급 장치(120)는 전극(제 1 전극)으로 작용할 수 있다.
가스 제공부(200)는 소스 가스, 캐리어 가스, 퍼지 가스 등을 가스 공급 장치(120)로 제공하도록 구성될 수 있다.
전원공급 및 정합부(300)는 기 설정된 주파수 대역을 갖는 전원을 플라즈마 전원 소스로 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 플라즈마 전원의 출력 임피던스와 챔버(100) 내의 부하 임피던스를 상호 매칭시켜 고주파 전원이 챔버(100)로부터 반사됨에 따른 반사 손실을 제거하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(400)는 박막 증착 장치(10)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서 컨트롤러(400)는 챔버(100), 가스 공급부(200), 전원 공급 및 정합부(300)의 동작을 제어하며, 운용자와의 인터페이스를 통해 박막 증착 공정을 위한 제어 파라미터 등을 설정할 수 있다. 도시하지 않았지만, 컨트롤러(100)는 중앙처리장치, 메모리, 입출력 인터페이스 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(400)는 기판(W) 상에 박막을 형성하는 증착 공정 이후 히터(132)의 온도를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 박막은 유기물질을 포함하는 박막일 수 있다.
박막 증착 공정시 히터(132)는 예를 들어 120~180℃, 바람직하게는 140℃로 가열될 수 있고, 챔버(100)의 본체(110)인 월(Wall)의 온도는 60~100℃, 바람직하게는 80℃로 제어될 수 있다.
박막 증착 후, 컨트롤러(400)는 히터(132)와 본체(110)의 온도 차이가 70~90℃, 바람직하게는 80℃가 되도록 히터(132)를 가열하여 미반응 부산물이 월(110) 측에 집중되도록 할 수 있다. 이후, 퍼지 공정을 통해 챔버(100) 내의 반응 부산물을 배기구(150)를 통해 배출할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
박막을 형성하기 위하여 기 설정된 공정 파라미터에 따라 챔버(100) 내의 온도 및 압력을 설정하고, 히터(132) 및 챔버(100) 본체(110)인 월의 온도를 설정할 수 있다(S101). 일 실시예에서, 히터(132)는 120~180℃, 바람직하게는 140℃로 가열될 수 있고, 챔버(100)의 월(110) 온도는 60~100℃, 바람직하게는 80℃로 설정될 수 있다.
이후, 챔버(100) 내로 기판(W)을 인입하여 서셉터(130) 상에 안착하고(S103), 공정 가스를 공급하여 기판(W) 상에 박막, 예를 들어 유기 물질을 포함하는 박막을 증착할 수 있다(S105).
목표하는 두께로 박막이 증착되면, 컨트롤러(400)에 의해 히터(132)와 월(110) 간의 온도 차이가 목표값을 갖도록 히터(132)의 온도를 제어할 수 있다(S107). 일 실시예에서, 컨트롤러(400)는 히터(132)의 온도가 월(110)보다 70~90℃, 바람직하게는 80℃ 높도록 히터(132)를 제어할 수 있다.
박막 증착 공정시의 미반응 부산물인 파티클은 퍼지 공정을 통해 배기구(150)를 통해 펌핑하여 제거할 수 있다(S109).
퍼지 공정시 가스 공급 장치(120)로부터 공급되는 퍼지 가스에 의해 파티클을 배기구(150) 측으로 밀어 냄과 동시에 펌프(160)의 배기 동작에 의해 파티클이 외부로 배출될 수 있다.
이 때, 히터(132)와 챔버(100) 월(110) 간의 온도 차이가 작으면, 파티클이 기판(W) 상에 흡착될 수 있다.
하지만, 히터(132)과 월(110) 간의 온도 차이가 목표값 수준이 되도록 히터(132)를 가열하면 파티클이 상대적으로 낮은 온도를 갖는 월(110) 측으로 이동하는 열 확산 현상에 의해 기판(W) 상에 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
퍼지 공정 후에는 기판(W)을 챔버(100)로부터 인출할 수 있다(S111).
도 3 및 도 4는 공정 조건에 따른 파티클 제거 양상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 히터(132)와 월(110) 간의 온도 차이가 목표값보다 작은 경우의 파티클 이동 양상을 알 수 있다. 퍼지 가스를 공급하고 펌프(160)를 통해 공기를 배출할 때, 챔버(100) 내부의 온도 차이가 목표값보다 작으면, 챔버(100) 내부의 열 에너지가
전체적으로 동일하므로 파티클이 기판(W) 표면을 따라 이동할 확률이 높다(A). 따라서 기판(W) 상에 형성된 박막 표면에 파티클이 부착될 수 있다.
도 4는 히터(132)와 월(110) 간의 온도 차이가 목표값 수준이 되는 경우의 파티클 이동 양상을 나타낸다.
특정 공간 내에서 위치 별로 온도 차이가 발생하면, 가벼운 분자는 가열된 표면을 향해 더 빠르게 확산하여 그 표면을 점유하고 있고, 무거운 분자는 저온 쪽으로 이동하는 열 확산 현상이 발생한다.
따라서, 챔버(100) 내부에서 히터(132)와 월(110) 간의 온도 차이가 목표값 수준의 차이를 갖도록 히터(132)를 가열하면, 상대적으로 무거운 파티클은 월(110)보다 높은 온도로 가열된 히터(132)로부터 멀어져 월(11) 방향으로 이동하게 되며, 이에 따라 기판(W) 상에 파티클이 부착될 가능성을 낮출 수 있다.
이에 더하여 히터(132)의 열 에너지에 의해 퍼지 가스의 분자 에너지가 증가되어 파티클을 저온 공간 측으로 밀어내는 에너지가 가속될 수 있다.
결국 파티클이 기판(W)을 회피하여 이동하게 되므로(B), 박막 표면에 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 공정 조건에 따른 증착 박막의 특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 공정 조건에 따른 박막의 증착률을 설명하기 위한 그래프, 도 7은 공정 조건에 따른 박막의 굴절률을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 박막 증착 공정시 히터(132) 및 월(110)의 온도를 각각 140℃, 80℃로 제어하고 퍼지 공정시 히터(132) 및 월(110)의 온도를 각각 140℃, 80℃로 유지한 경우(REF), 박막 증착 공정시 히터(132) 및 월(110)의 온도를 각각 140℃, 40℃로 제어하고 퍼지 공정시 히터(132) 및 월(110)의 온도를 각각 140℃, 40℃로 유지한 경우(Case 1; Wall Temp. 감소), 박막 증착 공정시 히터(132) 및 월(110)의 온도를 각각 140℃, 80℃로 제어하고 퍼지 공정시 월(110)의 온도는 80℃로 유지하는 한편 히터(132) 온도를 160℃로 상승시켜 월(110)과의 온도 차이를 유발한 경우(Case 2; Purge Step Heater Temp. 증가)에 대한 공정 적합성 평가 결과를 알 수 있다.
증착 및 퍼지 공정시 히터(132) 및 월(110)의 온도를 각각 140℃, 80℃로 유지한 경우(REF) 목표하는 굴절률(R.I.)의 막 특성을 갖는 박막을 형성할 수 있으나, 에지 측에 몰림성 파티클이 기준값 이상 부착되는 등 파티클 특성이 열악하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
증착 및 퍼지 공정시 월(110)을 저온으로 설정하여, 히터(132) 및 월(110)의 온도를 각각 140℃, 40℃로 제어한 경우(Case 1)에는 파티클 특성은 개선되나, 요구되는 막 특성(굴절률)을 만족하지 못하는 막 특성을 갖는 것으로 측정되었다.
본 기술에서와 같이, 증착 및 퍼지 공정시 월(110)의 온도를 80℃ 수준으로 유지하고, 퍼지 공정시 히터(132)를 가열하여 월(110) 간의 온도 차를 유발한 경우(Case 2)에는 몰림성 파티클이 제거됨과 동시에 목표하는 막질의 박막을 증착할 수 있다.
도 6을 참조하면, 증착 공정 및 퍼지 공정시 월(110)의 온도를 일정 수준(80℃) 이상으로 유지하는 경우(REF, Case 2) 박막 증착 특성이 우수함을 알 수 있다.
반면, 증착 및 퍼지 공정시 월(110)의 온도를 40℃의 저온으로 설정하는 경우(Case 1) 증착률이 매우 열악한 것을 알 수 있다. 공정 중 인가되는 플라즈마에 의해 공정가스가 활성화되기는 하나, 월(110) 온도가 저온으로 설정됨에 따라 공정가스에 인가되는 열 에너지가 충분하지 못하여 공정가스의 활성화율이 낮아지기 때문이다.
유기 물질 등과 같이 열에 취약한 물질을 증착하는 저온 공정은 히터(132)의 온도를 높이는 데 한계가 있다. 이러한 상황에서 히터(132)와 월(110) 간의 온도 차이를 유발하여 파티클을 제거하기 위해 월(110)의 온도를 낮추게 되면 도 6과 같이 증착률이 저하된다.
본 기술에서는 증착 공정시에는 월(110) 온도를 일정 온도(80℃) 이상으로 유지하여 증착률을 보장함과 동시에, 퍼지 공정시에 히터(132)의 온도를 높여 히터(132)-월(110) 간의 온도차이를 유발함에 따라 파티클을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 7을 참조하면, 증착 공정 및 퍼지 공정시 월(110)의 온도를 일정 수준(80℃) 이상으로 유지하는 경우(REF, Case 2) 목표하는 수준의 굴절률(R.I.)을 갖는 박막을 증착할 수 있다.
반면, 증착 및 퍼지 공정시 월(110)의 온도를 40℃의 저온으로 설정하는 경우(Case 1) 증착률이 높아 목적하는 박막의 기능을 수행할 수 없게 된다.
다만, 박막의 굴절률 등 막 특성이 유지되는 수준으로 월(110)을 냉각함과 동시에 히터(132)를 가열하여 퍼지 공정을 수행하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 박막 증착 장치
100 : 챔버
200 : 가스 제공부
300 : 전원공급 및 정합부
400 : 컨트롤러
100 : 챔버
200 : 가스 제공부
300 : 전원공급 및 정합부
400 : 컨트롤러
Claims (11)
- 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 챔버;
상기 챔버 내부로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 공급 장치;
상기 가스 공급 장치와 대향하도록 설치되며 상부에 상기 기판이 안착되고 내부에 히터를 구비하는 서셉터; 및
처리 대상 기판에 박막이 증착된 후, 상기 히터와 상기 챔버 월 간의 온도 차이가 목표값이 되도록 상기 히터를 제어하고 퍼지하는 컨트롤러;
를 포함하도록 구성되는 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 히터의 온도가 상기 월보다 70~90℃ 높도록 상기 히터를 가열하는 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 박막은 유기 물질을 포함하는 박막인 박막 증착 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 박막 증착시 상기 히터를 120~180℃로 가열하고, 상기 월을 60~100℃로 가열하도록 구성되는 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 가스 공급 장치와 연결되어 기 설정된 주파수 대역을 갖는 플라즈마 전원 소스를 제공하는 전원 공급 및 정합부를 더 포함하도록 구성되는 박막 증착 장치. - 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 챔버와, 상기 챔버 내부로 공정 가스를 분사하기 위한 가스 공급 장치와, 상기 가스 공급 장치와 대향하도록 설치되고 상부에 상기 기판이 안착되고 내부에 히터를 구비하는 서셉터를 포함하는 박막 증착 장치에서의 박막 증착 방법으로서,
상기 챔버 내에 기판을 인입하고 공정가스를 공급하여 상기 기판 상에 박막을 형성하는 증착 단계;
상기 증착 단계 이후, 상기 히터와 상기 챔버 월 간의 온도 차이가 목표값이 되도록 상기 히터를 제어하는 단계; 및
미반응된 상기 공정 가스를 제거하는 퍼지 단계;
를 포함하도록 구성되는 박막 증착 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 히터를 제어하는 단계는 상기 증착 단계와 상기 퍼지 단계 사이, 또는 상기 퍼지 단계에서 수행되는 박막 증착 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 히터를 제어하는 단계는 상기 히터의 온도가 상기 월보다 70~90℃ 높도록 상기 히터를 가열하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 박막은 유기 물질을 포함하는 박막인 박막 증착 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 증착 단계는 상기 히터를 120~180℃로 가열하고, 상기 월을 60~100℃로 가열하여 수행하는 박막 증착 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 박막 증착 장치는 상기 가스 공급 장치와 연결되는 전원 공급 및 정합부를 더 포함하고,
상기 증착 단계는 상기 전원 공급 및 정합부를 통해 플라즈마 전원 소스를 인가 하는 단계를 더 포함하는 박막 증착 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190159538A KR102674233B1 (ko) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 박막 증착 장치 및 방법 |
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| KR20210070419A true KR20210070419A (ko) | 2021-06-15 |
| KR102674233B1 KR102674233B1 (ko) | 2024-06-12 |
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| KR (1) | KR102674233B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115584493A (zh) * | 2021-07-06 | 2023-01-10 | Tes股份有限公司 | 利用加热器温度控制的基板处理方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06188220A (ja) * | 1992-12-18 | 1994-07-08 | Hitachi Ltd | マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 |
| JP2000012463A (ja) * | 1998-06-17 | 2000-01-14 | Mitsubishi Electric Corp | 成膜装置 |
| JP2010238944A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Panasonic Corp | プラズマ処理装置 |
| KR20130100339A (ko) * | 2010-11-24 | 2013-09-10 | 가부시키가이샤 알박 | 막 형성 장치 및 막 형성 장치의 세정 방법 |
-
2019
- 2019-12-04 KR KR1020190159538A patent/KR102674233B1/ko active IP Right Grant
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