KR20210108790A - 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

증착 챔버 내에서 기판 상에 물질층을 형성하는 증착 장치가 개시된다. 증착 챔버 내에는 기판에 증착 물질을 제공하는 증착 물질 제공 유닛과, 기판 상에 증착 영역을 정의하는 증착 마스크와, 기판을 지지하는 스테이지가 마련된다. 스테이지는 기판과 평행한 평면 내에서 X, Y 방향으로 이동 가능하다.

Description

증착 장치 및 증착 방법{deposition apapratus and deposition method}
증착 물질을 기상화하여 기판에 증착하는 증착 장치가 개시된다.
증착 장치는, 증착 챔버 내에서 물리적, 화학적 방법에 의하여 증착 물질을 형성하고, 이 증착 물질을 기판, 예를 들어 웨이퍼에 부착(deposit)시킴으로써 기판 상에 소망하는 물질층을 형성한다. 증착 마스크는 기판 상에 물질층이 형성될 영역을 정의한다.
종래의 증착 장치에서는, 타겟과 기판은 증착 챔버 내에 고정적으로 위치된다. 기판의 다양한 위치에 물질층을 형성하는 경우, 타겟으로부터의 거리가 증착 위치별로 달라지기 때문에 기판의 전 영역에 동일한 증착 속도, 동일한 막질로 물질층을 형성하기가 어렵다. 큰 기판, 예를 들어 8인치 이상의 크기를 갖는 기판의 전 영역을 커버하기 위하여는 타겟 사이즈가 커지거나 타겟-기판 간격이 멀어져야 한다. 이는 타겟 가격의 증가, 증착 챔버의 대형화를 초래할 수 있다. 또한, 증착 챔버 내에서 다양한 증착 공정이 수행되기 어렵다.
기판의 전 영역에 대하여 균일한 증착이 가능한 증착 장치를 제공한다.
하나의 증착 챔버 내에서 다양한 증착 공정을 수행할 수 있는 증착 장치를 제공한다.
일 측면에 따른 증착 장치는, 증착 챔버; 상기 증착 챔버 내부에 마련되어 기판을 지지하는 스테이지; 상기 기판에 증착 물질을 제공하는 하나 이상의 증착 물질 제공 유닛; 상기 증착 물질 제공 유닛과 상기 기판 사이에 위치되어 상기 기판 상에 상기 증착 물질이 증착될 영역을 정의하는 증착 마스크;를 포함하며, 상기 스테이지는 상기 기판과 평행한 평면 내에서 X, Y 방향으로 이동 가능하다.
상기 증착 물질 제공 유닛은 다수의 증착 물질 제공 유닛을 포함할 수 있다.
상기 다수의 증착 물질 제공 유닛은, 각각의 유효 영역이 적어도 부분적으로 서로 중첩되게 배치될 수 있다.
상기 증착 장치는, 상기 스테이지가 지지되는 프레임; 및 상기 스테이지와 상기 프레임을 연결하는 유연한 주름관;을 포함할 수 있다.
상기 스테이지는 상기 기판에 직교하는 Z 방향으로 이동될 수 있다.
상기 증착 물질 제공 유닛은, 타겟을 물리적으로 기상화하여 상기 증착 물질을 형성할 수 있다.
상기 증착 장치는, 상기 타겟에 전압을 인가하는 전압 인가부;를 포함할 수 있다. 상기 전압 인가부는 고주파 펄스 전압을 상기 타겟에 인가할 수 있다. 상기 전압 인가부는 직류 펄스 전압과 고주파 펄스 전압을 상기 타겟에 인가할 수 있다.
상기 증착 장치는, 상기 타겟 주위에 가스를 공급하는 가스 공급부;를 포함할 수 있다. 상기 증착 물질 제공 유닛은, 상기 증착 물질의 전구 물질인 타겟과, 상기 가스 공급부로부터 전달되는 가스를 상기 타겟 주위로 안내하는 가스 공급관을 포함할 수 있다.
상기 증착 물질 제공 유닛은 화학 반응에 의하여 상기 증착 물질을 형성할 수 있다.
일 측면에 따른 증착 방법은, 타겟을 구비하는 증착 물질 제공 유닛과, 기판과, 상기 기판 상의 증착 영역을 정의하는 증착 마스크를 증착 챔버 내에 배치하는 단계; 상기 기판과 평행한 평면 내에서 상기 기판을 X방향과 Y방향으로 이동시켜 상기 증착 영역을 상기 증착 물질 제공 유닛의 유효 영역과 정렬시키는 단계; 상기 타겟에 대하여 증착 공정을 수행하여 상기 증착 영역에 물질층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 증착 방법은, 다수의 상기 증착 물질 제공 유닛을 상기 증착 챔버에 배치하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 증착 방법은, 상기 다수의 증착 물질 제공 유닛을 각각의 유효 영역이 적어도 부분적으로 중첩되도록 배치하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 정렬시키는 단계는, 상기 다수의 증착 물질 제공 유닛의 유효 영역들이 중첩되어 형성되는 공통의 유효 영역과 상기 증착 영역을 정렬시킬 수 있다.
상기 물질층을 형성하는 단계는, 상기 다수의 증착 물질 제공 유닛의 타겟 중 둘 이상의 타겟에 대하여 동시에 상기 증착 공정을 수행할 수 있다.
상기 물질층을 형성하는 단계는, 상기 다수의 증착 물질 제공 유닛의 타겟에 대하여 순차로 상기 증착 공정을 수행할 수 있다.
전술한 증착 장치 및 방법의 실시예들에 따르면, 기판의 전 영역에 대하여 균일한 증착이 가능하다. 또한, 하나의 증착 챔버 내에서 다양한 증착 공정을 수행할 수 있다.
도 1은 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 2는 증착 물질 제공 유닛의 유효 영역을 보여준다.
도 3은 증착 방법의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 5는 제1증착 물질 제공 유닛과 제2증착 물질 제공 유닛에 의하여 형성되는 유효 영역을 보여주는 도면이다.
도 6은 영역 선택형 조합 증착 공정의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7a와 도 7b는 레이어드 조합 증착 공정의 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 8은 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도로서, 기판이 타겟으로부터 이격된 상태를 보여준다.
도 9는 도 8에 도시된 증착 장치의 일 실시예에서 기판이 타겟에 접근된 상태를 보여준다.
도 10은 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 증착 장치는, 증착 챔버(100), 증착 챔버(100) 내부에 마련되어 기판(S)을 지지하는 스테이지(200), 기판(S)에 증착 물질을 제공하는 하나 이상의 증착 물질 제공 유닛(200), 증착 물질 제공 유닛(200)과 기판(S) 사이에 위치되어 기판 상에 증착 물질이 증착될 영역을 정의하는 증착 마스크(400)를 포함할 수 있다. 제어부(900)는 증착 과정을 제어한다.
증착 방식은 다양할 수 있다. 증착 방식은 예를 들어 열증발법(thermal evaporation method), 전자빔 증발법(E-beam evaporation method), 스퍼터링법(sputtering method) 등의 물리적 기상 증착 방식(PDV: physical vapor deposition method), 화학적 기상 증착 방식(CVD: chemical vapor deposition method), 원자층 증착법(ALD: atomic layer deposition method) 등이 있다. 본 실시예의 증착 장치는 스퍼터링법에 의하여 기판(S)에 물질층을 형성한다.
본 실시예의 증착 물질 제공 유닛(200)은, 증착 물질의 전구물질인 타겟(301)을 물리적으로 기상화하여 기판(S)에 증착 물질을 제공한다. 증착 물질 제공 유닛(200)는 타겟(301)을 구비한다. 증착 챔버(100)의 내부는 진공 펌프(190)에 의하여 소정의 진공 압력으로 유지된다. 가스 공급부(390)는 증착 챔버(100) 내에 가스(G)를 공급한다. 증착 물질 제공 유닛(300)은 가스 공급부(390)로부터 공급된 가스(G)를 타겟(301) 주위로 안내하는 가스 공급 라인(302)을 구비할 수 있다. 이에 의하여, 타겟(301) 주위에 국부적으로 플라즈마를 형성할 수 있으며, 가스(G)의 공급량을 안정적으로 제어할 수 있다.
전압 인가부(380)는 타겟(301)에 전압을 인가한다. 타겟(301) 주위에서 방전이 일어난다. 타겟(301) 주위에서 가스(G)가 이온화되어 플라즈마가 형성되고, 이온화된 가스(G)가 타겟(301)에 충돌한다. 그러면, 타겟(301)의 표면에서 입자(증착 물질)가 떨어져 나온다. 증착 물질은 증착 마스크(400)에 의하여 정의되는 기판(S)의 증착 영역에 부착되어 물질층을 형성한다.
전압 인가부(380)에 의하여 타겟(301)에 인가되는 전압은 직류(DC: direct current) 전압일 수 있다. 직류 전압을 사용하는 스퍼터링은 금속이나 반도체 등을 증착시킬 때에 사용될 수 있다. 전압 인가부(380)는 직류 펄스(pulded DC) 전압을 타겟(301)에 인가할 수 있다. 이에 의하면 전극에 축적되는 반대 극성의 이온에 의한 플라즈마의 소멸을 방지할 수 있으므로, 비전도체 타겟의 스퍼터링이 가능하다.
전압 인가부(380)는 고주파(RF: Radio Frequency) 전압을 타겟(301)에 인가할 수도 있다. 고주파 전압에 의하면, 도전체 타겟 및 비도전체 타겟의 스퍼터링이 가능하다. 전압 인가부(380)는 고주파 펄스(pulsed redio frequency) 전압을 타겟(301)에 인가할 수도 있다. 이에 의하면, 기판(S)의 온도 상승을 억제하여 안정적인 증착이 가능하다.
직류 펄스 전압과 고주파 펄스 전압은 타겟으로부터 분리되어 기판으로 이동되는 입자, 예를 들어 원자의 플럭스(flux) 및 원자의 에너지와 관련된다. 타겟에 높은 직류 전압을 인가하면 원자 플럭스가 증가한다. 그러나, 타겟에 높은 직류 전압을 지속적으로 인가하게 되면 타겟이 손상될 수 있다. 직류 펄스 전압은 온/오프가 반복되기 때문에, 지속적인 직류 전압(continuous DC voltage)에 비하여 높은 직류 펄스 전압을 타겟에 인가할 수 있어서 높은 원자 플럭스와 높은 원자 에너지를 확보할 수 있다.
또한 고주파 펄스 전압은 원자 플럭스를 극한으로 낮추기 위하여 사용될 수 있다. 보통 고주파 전압을 사용하면 직류 전압을 사용할 때에 비하여 증착 속도가 현저하게 낮아진다. 고주파 펄스 전압을 사용하면 지속적인 고주파 전압을 사용할 때에 비하여 더 낮은 원자 플럭스를 얻을 수 있다. 따라서, 원자가 기판 위에서 위치를 잡을 충분한 시간이 확보되어 기판 상에 밀도가 매우 높은 박막 물질층을 형성할 수 있다
전압 인가부(380)는 직류 펄스 전압과 고주파 펄스 전압을 타겟(301)에 인가할 수도 있다. 이에 의하면, 높은 스퍼터링 효율을 보이는 DC 스퍼터링의 효과와 도전체와 비도전체에 대한 안정적인 스퍼터링이 가능한 AC 스퍼터링의 효과를 동시에 얻을 수 있다.
가스 공급부(390)는 타겟(301) 주위에 불활성 가스와 반응성 가스를 공급할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 반응성 스퍼터링이 가능하다. 반응성 스퍼터링을 이용하면, 도전체 타겟으로부터 분리된 입자와 반응성 가스를 반응시켜 산화물, 탄화물, 황화물, 질화물 등 다양한 화합물을 형성하여 기판(S)에 증착시킬 수 있다. 예를 들어, 타겟(301)으로서 Ti를 채용하고 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 가스 공급 라인(302)을 통하여 타겟(301) 주위에 산소(O2)가스를 공급할 수 있다. 그러면, 타겟(301)으로부터 떨어져 나온 Ti와 산소가 반응하여 TiO2가 형성되고, TiO2를 기판(S)에 증착시킬 수 있다.
스퍼터링에 의하여 기판(S) 상에 형성되는 물질층의 형성 속도와 막질은 타겟(301)과 기판(S) 상의 증착 영역 사이의 거리에 의존되며, 증착 물질 제공 유닛(200)은 균일한 증착 품질을 확보할 수 있는 유효 영역(EA)을 갖는다. 도 2는 증착 물질 제공 유닛(200)의 유효 영역(EA)을 보여준다. 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이, 기판(S)의 증착 영역(D1)이 유효 영역(EA) 내에 있다면, 증착 영역(D1)에는 균일한 품질의 물질층이 형성될 수 있다. 도 2에 실선으로 도시된 바와 같이, 증착 영역(D2)이 유효 영역(EA)의 외부에 있다면, 증착 영역(D2)에 형성되는 물질층은 증착 영역(D1)에 형성되는 물질층과 두께, 막질이 달라질 수 있다. 따라서, 기판(S)의 여러 영역에 물질층을 형성하는 경우에 타겟(301)과 증착 위치 사이의 거리에 따라서 증착 조건, 예를 들어 증착 시간을 달리하여 여러 번의 증착 공정을 수행하여야 한다. 또한, 증착 위치에 부합되는 형상을 가진 여러 개의 증착 마스크(400)를 준비하고, 각각의 증착 공정마다 증착 마스크(400)를 교체하여야 한다. 유효 영역(EA)의 크기는 타겟(301)의 크기에 비례하므로, 큰 타겟(301)을 채용하는 방안이 고려될 수 있으나, 타겟(301)의 가격이 비싸질 수 있다.
본 실시예에서는, 타겟(301)과 증착 마스크(400)를 고정된 위치에 위치시키고, 기판(S)을 이동시켜 증착 영역을 유효 영역(EA) 내에 위치시키는 방안이 채용된다. 이를 위하여 기판(S)이 지지되는 스테이지(200)는 X 방향과 Y 방향으로 이동가능하다. X방향과 Y방향은 기판(S)과 평행한 평면 내에서 서로 직교하는 방향일 수 있다. 일 실시예로서, 스테이지(200)는 베이스 스테이지(230)와, 베이스 스테이지(230)에 X방향과 Y방향 중 어느 한 방향으로 이동 가능하게 지지되는 제1스테이지(210)와, 제1스테이지(210)에 X방향과 Y방향 중 다른 한 방향으로 가능하게 지지되며 기판(S)을 지지하는 제2스테이지(220)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는, 제1스테이지(210)는 베이스 스테이지(230)에 X방향으로 이동 가능하게 지지되며, 제2스테이지(220)는 제1스테이지(210)에 Y방향으로 가능하게 지지된다. 예를 들어, 베이스 스테이지(230)에 X방향으로 연장된 제1리드 스크류(미도시)가 마련되고, 제1스테이지(210)에는 제1리드 스크류에 맞물리는 제1물림부(미도시)가 마련될 수 있다. 제1모터(291)는 제1리드 스크류를 회전시켜 제1스테이지(210)를 X방향으로 이동시킬 수 있다. 제1스테이지(210)에 Y방향으로 연장된 제2리드 스크류(미도시)가 마련되고, 제2스테이지(220)에는 제2리드 스크류에 맞물리는 제2물림부(미도시)가 마련될 수 있다. 제2모터(292)는 제2리드 스크류를 회전시켜 제1스테이지(210)를 X방향으로 이동시킬 수 있다. 다른 방안으로서, 베이스 스테이지(230)와 제1스테이지(210)는 X방향으로 구동되는 리니어 모터(미도시)에 의하여 연결될 수 있으며, 제1스테이지(210)와 제2스테이지(220)는 Y방향으로 구동되는 리니어 모터에 의하여 연결될 수 있다. 이 외에도 제1스테이지(210)와 제2스테이지(220)는 다양한 방식에 의하여 X방향과 Y방향으로 이동될 수 있다.
도 3은 증착 방법의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 증착 방법의 일 실시예는, 증착 챔버(100) 내에 타겟(301)을 구비하는 증착 물질 제공 유닛(200)과, 기판(S)과, 기판(S)상의 증착 영역(S1)을 정의하는 증착 마스크(400)를 배치하는 단계, 기판(S)의 증착 영역(S1)을 증착 물질 제공 유닛(200)의 유효 영역(EA)와 정렬시키는 단계, 및 타겟(301)에 대하여 증착 공정을 수행하여 증착 영역(S1)에 물질층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
증착 마스크(400)의 증착홀(401)은 증착 물질 제공 유닛(200)의 유효 영역(EA) 내에 위치된다. 도 3에 점선으로 도시된 바와 같이 증착 영역(S1)은 유효 영역(EA)의 외부에 위치된다. 제어부(500)는 제1모터(291)와 제2모터(292)를 구동하여 제1스테이지(210)와 제2스테이지(220)를 X방향과 Y방향으로 이동시킨다. 그러면, 기판(S)은 화살표시 A1 방향으로 이동되며, 도 3에 실선으로 도시된 바와 같이 증착 영역(S1)이 유효 영역(EA)과 정렬된다. 그런 다음, 전압 인가부(380)와 가스 공급부(390)를 구동하여 스퍼터링을 수행하여 증착 영역(S1)에 물질층을 형성할 수 있다. 다음으로, 제어부(500)는 제1모터(291)와 제2모터(292)를 구동하여 제1스테이지(210)와 제2스테이지(220)를 X방향과 Y방향으로 이동시켜 기판(S)의 다른 증착 영역을 유효 영역(EA)과 정렬시킨다. 그런 다음, 전압 인가부(380)와 가스 공급부(390)를 구동하여 스퍼터링을 수행하여 기판(S)의 다른 증착 영역에 물질층을 형성할 수 있다. 이와 같은 과정을 반복하여 기판(S)의 제1 내지 제n(n은 1보다 큰 자연수) 증착 영역에 균일한 막질을 갖는 물질층을 형성할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 타겟(301)과 기판(S)의 다수의 증착 영역 사이의 거리가 일정하므로, 스퍼터링에 의하여 기판(S) 상에 형성되는 물질층의 형성 속도와 두께 역시 일정하다. 즉, 증착 물질 제공 유닛(200)을 기준으로 하여 작은 유효 영역(EA), 예를 들어 약 2인치의 유효 영역(EA)에서의 막질의 균일성만 확보하면 되므로, 기판(S) 상의 증착 위치가 바뀌더라도 재현성있는 증착 속도와 막질이 유지될 수 있다. 따라서, 기판(S)의 여러 영역에 균일한 막질을 갖는 물질층을 형성할 수 있다. 또한, 물질층의 형태가 변하지 않는 한, 증착 마스크(400)를 교제할 필요가 없으므로, 하나의 증착 마스크(400)를 이용하여 기판(S) 상의 여러 증착 영역에 균일한 막질을 갖는 물질층을 형성할 수 있다. 또한, 증착 물질 제공 유닛(200)을 기준으로 하여 작은 유효 영역(EA), 예를 들어 약 2인치 유효 영역(EA)에서의 막질의 균일성만 확보하면 되므로, 저렴한 작은 크기의 타겟(301)으로도 큰 기판(S), 예를 들어 8인치 이상의 크기를 갖는 기판(S)의 전 영역에 균일한 물질층을 형성할 수 있다. 이러한 효과는 다양한 물질을 타겟(301)으로 사용하는 경우에 경제적으로 매우 유리하다.
다시 도 1을 참조하면, 스퍼터링 과정에서 기판(S)의 온도가 과도하게 상승되지 않도록 하기 위하여, 스테이지(200), 예를 들어 제2스테이지(220)에는 온도 조절부(150)가 마련될 수 있다. 기판(S)은 온도 조절부(150)에 탑재될 수 있다.
온도 조절부(150)는 예를 들어 냉각부를 포함할 수 있다. 온도 조절부(150)는 냉각부와 가열부를 포함할 수도 있다. 온도 조절부(150)는 기판(S)의 온도를 검출하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 냉각부는 예를 들어 펠티어 소자 어레이에 의하여 구현될 수 있다. 냉각부는 외부로부터 공급되는 냉각 유체가 흐르는 냉각 플레이드에 의하여 구현될 수도 있다. 가열부는 예를 들어 저항 코일에 의하여 구현될 수 있다. 제어부(500)는 온도 조절부(150)의 가열부를 구동하여 기판(S)을 적정 온도로 가열할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 온도 조절부(150)의 냉각부를 구동하여 스퍼터링 동작 중에 기판(S)의 온도가 과도하게 상승되지 않도록 기판(S)을 냉각시킬 수 있다. 온도 조절부(150)를 구동하기 위한 구동 신호선과, 온도 센서의 검출 신호선은 제어부(500)로 연결된다.
구동 신호선과 검출 신호선을 포함하는 제어 신호선(151)은 증착 챔버(100)의 내부에 노출되지 않고 증착 챔버(100)로부터 인출될 필요가 있다. 도 1을 참조하면, 스테이지(200)는 증착 장치의 프레임(1)에 지지된다. 제1, 제2스테이지(210)(220)가 X방향 및 Y방향으로 이동되므로, 온도 조절부(150)는 실질적으로 X방향과 Y방향으로 이동된다. 따라서, 스테이지(200)와 프레임(1)은 유연한 연결 부재에 의하여 연결될 필요가 있다. 본 실시예에 따르면, 스테이지(200)와 프레임(1)은 유연한 주름관(bellows)(600)에 의하여 연결된다. 제어 신호선(151)은 주름관(600)의 내부를 통과하여 제어부(500)로 연결된다.
근래에 들어, DRAM(dynamic random access memory) 커패시터 물질 개발, PRAM(phase-change random access memory)의 상변화 물질 및 스위칭 물질 개발, 산화 메탈 전극 물질 개발 등을 위하여, 둘 이상의 물질의 조합을 통하여 기술적 한계를 극복하고자 하는 시도가 행해지고 있다. 이 경우, 증착 챔버(100) 내에는 둘 이상의 타겟이 마련될 수 있으며, 둘 이상의 타겟에 대하여 동시에 또는 순차로 스퍼터링이 수행될 수 있다.
도 4는 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 증착 장치는 증착 챔버(100) 내에 두 개의 타겟이 마련되는 점에서 도 1에 도시된 증착 장치의 실시예와 차이가 있다. 이하에서, 동일한 기능을 하는 부재는 동일한 참조부호로 표시하고 중복되는 설명은 생략하며, 도 1에 도시된 증착 장치의 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 증착 물질 제공 유닛(200)은 다수의 증착 물질 제공 유닛, 예를 들어, 제1증착 물질 제공 유닛(310)과 제2증착 물질 제공 유닛(320)을 구비할 수 있다. 제1증착 물질 제공 유닛(310)은 제1타겟(311)을 포함하며, 제2증착 물질 제공 유닛(320)은 제2타겟(312)을 포함한다. 제1타겟(311)과 제2타겟(321)은 동일한 물질일 수 있으며, 서로 다른 물질일 수도 있다.
도 5는 제1증착 물질 제공 유닛(310)과 제2증착 물질 제공 유닛(320)에 의하여 형성되는 유효 영역(EA)을 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 제1증착 물질 제공 유닛(310)은 제1유효 영역(EA1)을 가지며, 제2증착 물질 제공 유닛(320)은 제2유효 영역(EA2)을 가진다. 제1증착 물질 제공 유닛(310)과 제2증착 물질 제공 유닛(320)은 제1유효 영역(EA1)과 제2유효 영역(EA2)이 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치된다. 제1유효 영역(EA1)과 제2유효 영역(EA2)은 서로 부분적으로 중첩될 수 있으며, 이 경우 제1유효 영역(EA1)과 제2유효 영역(EA2)이 중첩된 영역이 공통의 유효 영역(EAC)이 된다. 제1유효 영역(EA1)과 제2유효 영역(EA2)은 서로 완전히 중첩될 수도 있으며, 공통의 유효 영역(EAC)은 제1유효 영역(EA1) 및 제2유효 영역(EA2)과 동일하다. 3개 이상의 증착 물질 제공 유닛이 마련되는 경우 3개 이상의 증착 물질 제공 유닛은 각각의 유효 영역이 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치된다.
증착 챔버(100)의 내부는 진공 펌프(190)에 의하여 소정의 진공 압력으로 유지된다. 가스 공급부(390)는 증착 챔버(100) 내에 가스, 예를 들어 불활성 가스를 공급할 수 있다. 전압 인가부(380)는 제1타겟(311)과 제2타겟(321)에 전압을 인가한다. 전압은 직류(DC: direct current) 전압, 직류 펄스(pulded DC), 고주파(RF: Radio Frequency) 전압, 고주파 펄스(pulsed redio frequency) 전압, 또는 직류 펄스 전압과 고주파 펄스 전압일 수 있다.
전압이 인가되면, 제1타겟(311)과 제2타겟(321) 주위에서 방전이 일어난다. 제1타겟(311)과 제2타겟(321) 주위에서 가스(G)가 이온화되어 플라즈마가 형성되고, 이온화된 가스(G)가 제1타겟(311)과 제2타겟(321)에 충돌한다. 그러면, 제1타겟(311)과 제2타겟(321) 표면에서 입자(제1증착 물질과 제2증착 물질)가 떨어져 나온다. 제1증착 물질과 제2증착 물질은 증착 마스크(400)에 의하여 정의되는 기판(S)의 특정 영역에 부착되어 제1물질층과 제2물질층을 형성한다. 이와 같은 구성에 의하여, 기판(S)에 제1물질층과 제2물질층을 형성할 수 있다.
가스 공급부(390)는 제1타겟(311)과 제2타겟(321) 주위에 서로 다른 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부(390)는, 제1타겟(311) 주위에 제1가스(G1)를, 제2타겟(321) 주위에 제2가스(G2)를 공급할 수 있다. 제1증착 물질 제공 유닛(310)은 가스 공급부(390)로부터 공급된 제1가스(G1)를 제1타겟(311) 주위로 안내하는 제1가스 공급 라인(312)을 구비할 수 있다. 제2증착 물질 제공 유닛(320)은 가스 공급부(390)로부터 공급된 제2가스(G2)를 제2타겟(321) 주위로 안내하는 제2가스 공급 라인(322)을 구비할 수 있다. 이에 의하여, 제1가스(G1)와 제2가스(G2)가 각각 제2타겟(321)과 제1타겟(311)에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 또한, 제1가스(G1)과 제2가스(G2)의 공급량을 개별적으로 제어할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 제1타겟(311)과 제2타겟(321)에 대하여 독립적인 반응성 스퍼터링이 가능하다. 예를 들어, 제1타겟(311)으로서 Ti를 채용하고 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 제1가스 공급 라인(312)을 통하여 제1타겟(311) 주위에 산소(O2)가스를 공급할 수 있다. 그러면, 제1타겟(311)으로부터 떨어져 나온 Ti와 산소가 반응하여 TiO2가 형성되어 TiO2를 기판(S)에 증착시킬 수 있다. 또한, 형성하고 기판에 입사되어 TiO2막을 형성하게 된다. 또한, 제2타겟(321)으로서 Ti를 채용하고 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 제2가스 공급 라인(322)을 통하여 제2타겟(321) 주위에 질소(N2)가스를 공급할 수 있다. 그러면, 제2타겟(321)으로부터 떨어져 나온 Ti와 질소가 반응하여 TiN이 형성되어 TiN을 기판(S)에 증착시킬 수 있다.
다른 예로서, 가스 공급부(390)는, 제1타겟(311)과 제2타겟(321) 주위에 동일한 가스(G3)를 공급할 수도 있다. 이 경우, 가스 공급부(390)는 도 1에 점선으로 도시된 바와 같이 별도의 가스 공급 라인을 통하여 증착 챔버(100) 내부의 제1타겟(311)과 제2타겟(321) 주위에 동일한 가스(G)를 공급할 수 있다. 물론, 가스(G)는 각각 제1가스 공급 라인(312)과 제2가스 공급 라인(322)을 통하여 제1타겟(311)과 제2타겟(321) 주위로 공급될 수도 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 제1, 제2증착 물질 제공 유닛(310)(320)을 이용하여 영역 선택형 조합 증착 공정이 가능하다. 도 6은 영역 선택형 조합 증착 공정의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 증착 마스크(400)의 증착홀(401)은 공통의 유효 영역(EAC)과 정렬된 상태이다. 제어부(500)는 제1, 제2모터(291)(292)를 구동하여 제1, 제2스테이지(210)(220)를 X방향과 Y방향으로 이동시켜, 기판(S)의 제1증착 영역(S1)을 공통의 유효 영역(EAC)과 정렬시킨다. 그런 다음, 제1타겟(311)과 제2타겟(321)에 대하여 동시에 스퍼터링 공정을 수행하여, 기판(S)의 제1증착 영역(S1)에 제1증착물질과 제2증착물질이 조합된 물질층(TAB)을 증착시킬 수 있다. 다음으로, 기판(S)을 이동시켜 제2증착 영역(S)을 공통의 유효 영역(EAC)과 정렬시키고 제1타겟(311)과 제2타겟(321)에 대하여 동시에 스퍼터링 공정을 수행하여 제2증착 영역(S2)에 제1증착물질과 제2증착물질이 조합된 물질층(TAB)을 형성할 수 있다. 3개 이상의 증착 물질 제공 유닛이 채용된 경우, 증착 영역별로 2개 또는 3개 이상의 증착 물질 제공 유닛을 동작시켜 다양한 물질 조합을 갖는 물질층을 형성할 수 있다.
제1, 제2증착 물질 제공 유닛(310)(320)을 이용하여 레이어드 조합 증착 공정이 가능하다. 도 7a와 도 7b는 레이어드 조합 증착 공정의 일 예를 보여주는 도면들이다. 도 7a를 참조하면, 증착 마스크(400)에는 다수의 증착홀(401)(402)(403)이 마련된다. 다수의 증착홀(401)(402)(403)은 공통의 유효 영역(EAC)과 정렬된다.
제어부(500)는 제1, 제2모터(291)(292)를 구동하여 제1, 제2스테이지(210)(220)를 X방향과 Y방향으로 이동시켜, 기판(S)의 제1증착 영역(S1)을 증착 마스크(400)의 증착홀(401)과 정렬시킨다. 그런 다음, 제1타겟(311)에 대하여 스퍼터링 공정을 수행하여, 기판(S)의 제1증착 영역(S1)에 제1물질층(TA)을 형성한다. 다음으로, 기판(S)을 X1방향으로 이동시켜 제1증착 영역(S1)과 제2증착 영역(S2)을 증착홀(402)(401)과 각각 정렬시키고, 제1타겟(311)에 대하여 스퍼터링 공정을 수행하여, 기판(S)의 제1증착 영역(S1)과 제2증착 영역(S2)에 제1물질층(TA)을 형성한다. 이와 같이 기판(S)을 X1방향으로 이동시키면서 제1타겟(311)에 대하여 스퍼터링 공정을 수행하면, 도 7a에 도시된 바와 같이 제1, 제2, 제3증착 영역(S1)(S2)(S3)에 서로 다른 두께의 제1물질층(TA)을 형성할 수 있다.
다음으로, 기판(S)의 제3증착 영역(S3)을 증착 마스크(400)의 증착홀(403)과 정렬시킨다. 그런 다음, 제2타겟(321)에 대하여 스퍼터링 공정을 수행하여, 기판(S)의 제3증착 영역(S3)에 제2물질층(TB)을 형성한다. 다음으로, 기판(S)을 X2방향으로 이동시켜 제3증착 영역(S3)과 제2증착 영역(S2)을 증착홀(402)(403)과 각각 정렬시키고, 제2타겟(321)에 대하여 스퍼터링 공정을 수행하여, 기판(S)의 제3증착 영역(S3)과 제2증착 영역(S2)에 제2물질층(TB)을 형성한다. 이와 같이 기판(S)을 X2방향으로 이동시키면서 제2타겟(321)에 대하여 스퍼터링 공정을 수행하면, 도 7b에 도시된 바와 같이 제1, 제2, 제3증착 영역(S1)(S2)(S3)에 서로 다른 두께의 제2물질층(TB)을 형성할 수 있다.
도 4에 도시된 증착 장치의 실시예는 2개의 증착 물질 제공 유닛(210)(220)을 구비하나, 필요에 따라서 3개 또는 4개 이상의 증착 물질 제공 유닛이 증착 챔버(100) 내에 마련될 수도 있다.
이와 같이, 본 실시예의 증착 장치에 따르면, 하나의 증착 챔버(100) 내에서 하나의 기판(S)에 대하여 영역 선택형 조합 증착과 레이어드 조합 증착이 가능하다. 또한, 증착홀의 갯수와 타겟의 갯수의 조합에 의하여 2원계 또는 3원계 이상의 다양한 물질 조합을 구현할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 증착 장치는, DRAM(dynamic random access memory) 커패시터 물질 개발, PRAM(phase-change random access memory)의 상변화 물질 및 스위칭 물질 개발, 산화 메탈 전극 물질 개발 등 다양한 기술 개발에 유용하게 사용될 수 있다.
타겟의 종류에 따라서 타겟과 기판(S) 사이의 거리 조절이 필요한 경우가 있을 수 있다. 또한, 기판(S) 또는 증착 마스크(400)의 교체를 위하여, 기판(S)이 타겟으로부터 이격될 필요가 있을 수 있다. 본 실시예에서는, 타겟과 기판(S) 사이의 거리를 조절하기 위하여, 기판(S)이 타겟에 대하여 접근 또는 이격된다. 이를 위하여, 스테이지(200)가 Z방향으로 이동된다. Z방향은 X방향과 Y방향에 직교하는 방향이다. 다시 말하면, Z방향은 기판(S)에 직교하는 방향이다. 도 8은 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도로서, 기판(S)이 타겟으로부터 이격된 상태를 보여준다. 도 9는 도 8에 도시된 증착 장치의 일 실시예에서 기판(S)이 타겟에 접근된 상태를 보여준다. 도 8 및 도 9에 도시된 증착 장치의 실시예는 스테이지(200)가 Z방향으로 이동가능한 점에서 도 4에 도시된 증착 장치의 실시예와 차이가 있다. 이하에서, 동일한 기능을 하는 부재는 동일한 참조부호로 표시하고 중복되는 설명은 생략하며, 도 4에 도시된 증착 장치의 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 8와 도 9를 참조하면, 본 실시예에서는, 기판(S)은 타겟(301)과 증착 마스크(400)에 대하여 X, Y, Z 방향으로 이동될 수 있다. 이를 위하여 기판(S)이 지지되는 스테이지(200)는 X 방향, Y 방향, 및 Z방향으로 이동가능하다. X방향과 Y방향은 기판(S)과 평행한 평면 내에서 서로 직교하는 방향이며, Z방향은 X방향과 Y방향에 직교하는 방향이다. 일 실시예로서, 스테이지(200)는 증착 장치의 프레임(1)에 Z방향으로 이동될 수 있게 지지되는 베이스 스테이지(230)와, 베이스 스테이지(230)에 X방향과 Y방향 중 어느 한 방향으로 이동 가능하게 지지되는 제1스테이지(210)와, 제1스테이지(210)에 X방향과 Y방향 중 다른 한 방향으로 가능하게 지지되며 기판(S)을 지지하는 제2스테이지(220)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는, 제1스테이지(210)는 베이스 스테이지(230)에 X방향으로 이동 가능하게 지지되며, 제2스테이지(220)는 제1스테이지(210)에 Y방향으로 가능하게 지지된다. 베이스 스테이지(230)와 제1스테이지(210)의 연결, 및 제1스테이지(210)와 제2스테이지(220)의 연결은 전술한 바와 같이 리드 스크류-맞물림부의 조합, 리니어 모터 등 다양한 방식에 의하여 구현될 수 있다. 제어부(500)는 제1모터(291)와 제2모터(292)를 구동하여 제1스테이지(210)와 제2스테이지(220)를 X방향과 Y방향으로 이동시킬 수 있다.
베이스 스테이지(230)와 프레임(1)의 연결 역시 리드 스크류-맞물림부의 조합, 리니어 모터 등 다양한 방식에 의하여 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 리드 스크류-맞물림부의 조합에 의하여 베이스 스테이지(230)가 프레임(1)에 Z방향으로 이동될 수 있게 지지된다. 도 8을 참조하면, 프레임(1)에는 Z방향으로 연장된 리드 스크류(11)가 마련된다. 이동 플레이드(240)에는 리드 스크류(11)와 나선 결합되는 맞물림부(241)가 마련된다. 베이스 프레임(230)은 중공 실린더(620)에 의하여 이동 플레이트(240)와 연결된다. 제3모터(293)는 리드 스크류(11)를 회전시킨다. 이에 의하여, 베이스 스테이지(230)는 Z방향으로 이동될 수 있다.
증착 챔버(100)로부터 나오는 제어 신호선, 예를 들어 온도 조절부(150)를 구동하기 위한 제어 신호선(151)은 중공 실린더(620)의 내부를 통하여 제어부(500)로 연결될 수 있다. 신축 가능한 유연한 주름관(620)은 중공 실린더(620)를 에워싼다. 주름관(620)의 일단부는 이동 플레이트(240)에 연결되고, 타단부는 증착 챔버(100)에 연결될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 기판(S)은 하사 위치에 위치될 수 있다. 하사 위치에서 스퍼터링이 수행될 수 있으며, 기판(S) 또는 증착 마스크(400)의 교체가 수행될 수도 있다. 제어부(500)는 제3모터(293)를 정방향으로 구동하여, 스테이지(200)를 Z방향으로 임의의 위치까지 상승시킬 수 있다. 제어부(500)는 스테이지(200)를 도 9에 도시된 바와 같이 상사 위치까지 상승시킬 수 있다. 스퍼터링 공정은 하사 위치, 상시 위치, 또는 하사 위치와 상사 위치 사이의 임의의 위치에서 수행될 수 있다. 도 8에 도시된 스테이지(200)를 Z방향으로 이동시키는 구조는 도 1에 도시된 증착 장치의 실시예에도 적용될 수 있다.
(이하에서는 CVD 증착 장치에도 적용될 수 있음을 간략하게 설명하였습니다. 미진한 사항이나 추가할 사항이 있는지 확인 부탁드립니다.)
전술한 증착 장치의 실시예들은 화학적 기상 증착 방식을 채용한 증착 장치에도 적용될 수 있다. 도 10은 증착 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 10에 도시된 증착 장치의 실시예는 증착 물질 제공 유닛(200)으로서 샤워 헤드(330)가 채용된 점에서 도 8에 도시된 증착 장치의 실시예와 차이가 있다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 증착 장치는 화학적 기상 증착 방식에 의하여 기판(S)에 물질층을 형성한다. 증착 챔버(반응 챔버)(100) 내부는 소정의 공정 온도로 유지된다. 예를 들어, 제어부(500)는 온도 조절부(150) 또는 증착 챔버(100) 내부에 설치된 도시되지 않은 히터를 구동하여 증착 챔버(100) 내부의 온도를 소정의 공정 온도로 유지시킨다. 화학적 기상 증착 방식에서는 공정 온도에 따라서 공정 결과나 박막의 질이 많이 달라질 수 있으므로, 제어부(500)는 온도 조절부(150) 또는 히터를 구동하여 기판(S) 상의 증착 위치에 따라서 기판(S)의 온도를 달리할 수도 있다. 증착 물질 제공 유닛(300)은 샤워 헤드(330)를 구비한다. 가스 공급부(390)로부터 공급되는 하나 이상의 반응 가스는 샤워 헤드(330)를 통하여 증착 챔버(100) 내부로 공급된다. 반응 가스는 기체 상태의 전구체일 수 있다. 반응 가스는 소정의 온도로 가열된 기판(S)의 표면에서 화학 반응을 일으켜서 증착 물질로 재구성되며, 증착 물질은 기판(S)의 표면에 증착되어 물질층을 형성한다. 자연적인 화학 반응이 어렵거나 증착 물질의 특성상 고온이 요구되는 경우, 증착 챔버(100) 내부에 플라즈마 환경을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전원 인가부(380)는 샤워 헤드(330)에 전압을 인가할 수 있다. 전압은 예를 들어 고주파(RF: radio frequency) 전압일 수 있다. 이에 의하여, 반응 가스는 플라즈마 상태로 분해되며, 분해된 전구체들이 반응하여 원하는 증착 물질이 형성된다. 화학적 기상 증착 방식을 채용한 증착 장치의 구조는 당업계에서 잘 알려진 것이므로 상세한 설명은 생략된다.
전술한 X방향, Y방향, Z방향으로 이동 가능한 스테이지(200) 구조는 도 10에 도시된 증착 장치의 실시예에도 적용될 수 있다.
증착 장치의 실시예들이 이해를 돕기 위하여 도면들을 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1...프레임 11...리드 스크류
100...증착 챔버 150...온도 조절부
151...제어 신호선 190...진공 펌프
200...스테이지 210...제1스테이지
220...제2스테이지 230...베이스 스테이지
240...이동 플레이트 241...맞물림부
291...제1모터 292...제2모터
293...제3모터 300...증착 물질 제공 유닛
310...제1증착 물질 제공 유닛 311...제1타겟
312...제1가스 공급 라인 320...제2증착 물질 제공 유닛
321...제2타겟 322...제2가스 공급 라인
380...가스 공급부 390...전압 인가부
400...증착 마스크 401, 402, 403...증착홀
500...제어부 S...기판

Claims (18)

  1. 증착 챔버;
    상기 증착 챔버 내부에 마련되어 기판을 지지하는 스테이지;
    상기 기판에 증착 물질을 제공하는 하나 이상의 증착 물질 제공 유닛;
    상기 증착 물질 제공 유닛과 상기 기판 사이에 위치되어 상기 기판 상에 상기 증착 물질이 증착될 영역을 정의하는 증착 마스크;를 포함하며,
    상기 스테이지는 상기 기판과 평행한 평면 내에서 X, Y 방향으로 이동 가능한 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증착 물질 제공 유닛은 다수의 증착 물질 제공 유닛을 포함하는 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 증착 물질 제공 유닛은, 각각의 유효 영역이 적어도 부분적으로 서로 중첩되게 배치되는 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지가 지지되는 프레임;
    상기 스테이지와 상기 프레임을 연결하는 유연한 주름관;을 포함하는 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 기판에 직교하는 Z 방향으로 이동 가능한 증착 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증착 물질 제공 유닛은, 타겟을 물리적으로 기상화하여 상기 증착 물질을 형성하는 증착 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타겟에 전압을 인가하는 전압 인가부;를 포함하는 증착 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 고주파 펄스 전압을 상기 타겟에 인가하는 증착 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 직류 펄스 전압과 고주파 펄스 전압을 상기 타겟에 인가하는 증착 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 타겟 주위에 가스를 공급하는 가스 공급부;를 포함하는 증착 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 증착 물질 제공 유닛은,
    상기 증착 물질의 전구 물질인 타겟;
    상기 가스 공급부로부터 전달되는 가스를 상기 타겟 주위로 안내하는 가스 공급관;을 포함하는 증착 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 증착 물질 제공 유닛은 화학 반응에 의하여 상기 증착 물질을 형성하는 증착 장치.
  13. 타겟을 구비하는 증착 물질 제공 유닛과, 기판과, 상기 기판 상의 증착 영역을 정의하는 증착 마스크를 증착 챔버 내에 배치하는 단계;
    상기 기판과 평행한 평면 내에서 상기 기판을 X방향과 Y방향으로 이동시켜 상기 증착 영역을 상기 증착 물질 제공 유닛의 유효 영역과 정렬시키는 단계;
    상기 타겟에 대하여 증착 공정을 수행하여 상기 증착 영역에 물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 증착 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    다수의 상기 증착 물질 제공 유닛을 상기 증착 챔버에 배치하는 단계;를 포함하는 증착 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 다수의 증착 물질 제공 유닛을 각각의 유효 영역이 적어도 부분적으로 중첩되도록 배치하는 단계;를 포함하는 증착 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정렬시키는 단계는, 상기 다수의 증착 물질 제공 유닛의 유효 영역들이 중첩되어 형성되는 공통의 유효 영역과 상기 증착 영역을 정렬시키는 증착 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 물질층을 형성하는 단계는,
    상기 다수의 증착 물질 제공 유닛의 타겟 중 둘 이상의 타겟에 대하여 동시에 상기 증착 공정을 수행하는 증착 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 물질층을 형성하는 단계는,
    상기 다수의 증착 물질 제공 유닛의 타겟에 대하여 순차로 상기 증착 공정을 수행하는 증착 방법.
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