KR20220067696A - 가스 공급부재 및 이를 구비한 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래의 가스공급부재의 재질을 변경하여 고온 환경에서의 가스공급부재의 휨 변형을 최소화하여 미세 패턴의 품질을 향상시킬 수 있는 가스공급부재 및 기판처리장치에 관한 것이다.

Description

가스 공급부재 및 이를 구비한 기판처리장치{GAS SUPPLIER AND DEPOSITION EQUIPMENT HAVING THE SAME}
본 발명은 가스 공급부재 및 이를 구비한 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 액정 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는 반도체 웨이퍼나 글라스와 같은 기판에 대해, 증착, 에칭 등의 처리가 실행되고 있고, 이들 처리에는 기판처리장치가 이용되고 있다. 기판처리장치는 진공상태에서 플라즈마 현상 등 물리적 또는 화학적 반응을 이용하여 기판을 식각하거나, 증착하는 등의 공정을 수행하는 장치를 말한다. 기판처리장치는 일반적으로 챔버 내에 설치된 가스공급부재를 통하여 반응가스가 주입되며, 주입된 반응가스는 전원 인가에 의하여 챔버 내에 플라즈마를 형성하게 되고, 챔버 내에 형성된 라디칼 등의 플라즈마 상태 물질에 의하여 기판의 표면은 목적에 따라서 식각되거나, 증착되는 등의 공정이 수행된다.
종래부터 기판처리장치에서는, 웨이퍼나 글라스 등의 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하기 위한 가스공급부재가 이용되고 있다. 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 기판에 플라즈마 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 챔버 내에 기판을 재치하기 위한 서셉터가 설치되어 있고, 이 서셉터와 대향하도록 가스공급부재가 설치되어 있다. 이 가스공급부재에는 서셉터와 대향하는 대향면에 가스가 통과하는 관통홀이 복수 형성되어 있고, 이들 관통홀로부터 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급한다.
기판처리장치가 높은 품질의 증착 또는 에칭 특성을 얻기 위해서는 여러가지 조건, 예컨대 균일한 가스공급, 균일한 온도분포, 그리고 기판과 플라즈마 전극 사이의 거리가 일정할 것 등이 요구된다.
가스공급부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질를 이용하여 구성되는데, 이를 통해 가스공급부재가 플라즈마 처리를 위한 상부전극으로서 기능하게 된다. 그러나 이러한 금속재질의 바디는 고온의 기판 처리 조건에서 열을 받아 팽창하게 된다. 가스공급부재를 기준으로 상, 하로 온도 차이가 있게 되고 이로 인해 가스공급부재의 하면이 상면보다 더 많이 팽창함으로써 가스공급부재의 중앙부가 아래로 볼록한 형태로 변형된다. 이러한 변형은 기판과 가스공급부재 사이의 간격을 불균일하게 만들기 때문에 플라즈마 밀도가 균일하지 않게 되어 기판상에 불균일한 성막을 형성하게 된다. 위와 같은 문제는 종래에는 크게 이슈화되지 않았지만, 최근 기판이 대면적화되고 반도체 패턴이 미세화 되면서 대두되는 이슈이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 발명으로 한국 등록특허 등록번호 제10-0492135호(이하, '종래 기술'이라 함)에 기재된 것이 공지되어 있다. 종래 기술은 가스 공급장치가 열 팽창하여 변형하는 것을 방지하기 위하여 기판의 외곽부위에 2개의 외주홈의 구성을 채택하고 있다. 이러한 외주홈은 열팽창에 따른 수평 변형을 허용하기 위한 기계적 벨로우즈로서 작용하게 된다. 하지만 종래 기술의 기술적 수단은 수평 변형을 허용하기 때문에 가스 공급장치의 가스홀의 위치 역시 수평 방향으로 변위를 일으키게 된다. 이로 인해 종래 기술의 기술적 수단은 온도 범위에 따라 가스 공급장치의 가스홀간의 피치가 변화됨에 따라 미세 패턴 공정에서의 성막 균일도를 저해하는 문제를 야기하게 된다.
한국등록특허 제10-0492135호
이에 본 발명은 종래의 가스공급부재의 재질을 변경하여 고온 환경에서의 가스공급부재의 휨 변형을 최소화하여 미세 패턴의 품질을 향상시킬 수 있는 가스공급부재 및 기판처리장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가스공급부재는, 관통홀이 구비된 쿼츠 재질의 바디부; 및 상기 바디부의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 형성된 전극을 포함한다.
또한, 상기 바디부와 상기 전극을 감싸는 내식층을 포함한다.
또한, 상기 내식층은 상기 관통홀의 내벽에도 형성된다.
또한, 상기 내식층은 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 내식층은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와, 상기 내식층을 형성할 수 있는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된다.
한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 기판을 지지하는 서셉터; 및 상기 서셉터와 이격되어 배치되며 가스가 통과하는 관통홀이 구비된 쿼츠 재질의 바디부를 포함하는 가스공급부재;를 포함한다.
또한, 상기 가스공급부재는, 상기 바디부의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 형성된 전극을 포함한다.
또한, 상기 관통홀의 내벽에 형성된 내부 내식층; 및 상기 바디부 및 상기 전극의 노출표면에 형성된 외부 내식층;을 포함한다.
또한, 상기 내부 내식층과 상기 외부 내식층은, 일체로 형성되며, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와, 상기 내식층을 형성할 수 있는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된다.
본 발명은 종래의 가스공급부재의 재질을 변경하여 고온 환경에서의 가스공급부재의 휨 변형을 최소화하여 미세 패턴의 품질을 향상시킬 수 있는 가스공급부재 및 기판처리장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판처리장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스공급부재를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스공급부재를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 내식층을 형성하는 과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기능층과 내식층을 포함하는 가스공급부재를 도시한 도면.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판처리장치를 도시한 도면이고, 도 2 및 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스공급부재를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스공급부재(1)를 포함하는 기판처리장치(2)를 도시한 도이다.
기판처리장치(2)는 기판(3)을 화학적 프로세스로 처리하며 이 화학적 프로세스는 기판상에 반도체 또는 다른 전자 장치를 제조하는 일련의 단계들 중 하나의 단계를 수행하는 장치이다. 기판처리장치(2)는 기판(3)상에 박막을 증착하는 증착장비와 박막을 식각하는 식각장비를 포함한다.
기판처리장치(2)는 서셉터(6)와 가스공급부재(1)을 포함하여 구성된다. 서셉터(6)는 기판(3)을 지지하는 부재로서, 기판(3)은 서셉터(6)에 의해 기판처리장치(2) 내에 지지된다. 기판처리장치(2) 내에서 처리되는 기판(3)의 통상의 예는 평평한 패널 디스플레이에 쓰이는 직사각형 유리 기판이나 회로가 집적되는 원형 반도체 웨이퍼를 포함한다. 서셉터(6)는 하부 전극으로서의 기능을 수행하며 하측 고주파 전원(P2)에 접속된다. 서셉터(6)는 그 내부에 히터가 구비된다.
기판처리장치(2)의 측벽 및 바닥벽은 단일 벽(15)으로서 구비된다. 기판처리장치(2)의 상부에는 힌지형 리드(16) 및 가스 유입 매니폴드(18)가 구비된다. 리드(16)를 들어 올림으로써 기판처리장치(2)의 내부로 접근할 수 있다. 오링(19)(일부는 도시 안됨)은 측벽(15), 리드(16) 및 가스 유입 매니폴드(18) 사이에 진공 밀봉을 제공한다. 측벽 및 바닥 벽(15), 리드(16) 및 가스 유입 매니폴드(18)는 기판처리장치(2) 벽에서 고려되는 모든 부분들이다.
기판(3) 상에 반도체 또는 다른 전자 장치를 제조하기 위한 프로세스를 수행하는 중에, 하나 이상의 가스가 가스 유입 매니폴드(18)를 통해 기판처리장치(2) 내부로 공급된다. 가스 유입 매니폴드(18)의 가스 유입홀(28)을 통하여 가스가 가스 공급장치(1)로 유입되고 가스 공급장치(1)를 통하여 가스가 기판처리장치(2) 내부로 유동한다. 외부 가스 소스는 가스 유입 매니폴드(18)에 있는 하나 이상의 가스 유입홀(28)로 공정 가스를 공급하며, 가스 유입홀(28)을 통하여 공정 가스가 가스 유입 매니폴드(18)의 내부 영역(26)으로 유동한다. 공정 가스는 가스공급부재(1)에 있는 복수개(예를 들어, 수백 또는 수천개)의 관통홀(13)을 통하여 가스 유입 매니폴드(18)의 내부 영역(26)으로 부터 기판처리장치(2)의 내부로 유동한다.
가스 유입 매니폴드(18)는 가스 유입 오리피스(28)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가지는 원형 디스크(34)로 이루어지는 가스 유입 디플렉터(gas inlet deflector)를 포함한다.
커버(39)는 리드(16)의 상부에 구비될 수 있다. 커버(39)는 가스 유입 매니폴드(18) 또는 가스 공급장치(1)에 외부 물질이 접촉하는 것을 방지한다.
가스 유입 매니폴드(18)의 측벽 밀봉은 챔버 리드(16)의 내벽을 덮는 유전체 라이너(24)에 의해 이루어진다. 커버(39)와 가스 유입 매니폴드(18) 사이에는 유전체 라이너(35)가 구비될 수 있다. 유전체 라이너(35)는 가스 유입 매니폴드(18)의 상면의 주변부를 따라 구비될 수 있으며, 유전체 라이너(35)의 일측은 가스 유입 매니폴드(18) (18)와 맞닿고 타측은 커버(29)와 맞닿으며 구비될 수 있다.
기판처리장치(2)의 부품은 챔버에서 수행되는 반도체 제조 프로세스를 오염시키지 않고 프로세스 가스에 의한 부식에 내성을 가지는 재료로 이루어져야 한다. 바람직하게 가스공급부재(1)를 제외한 적어도 일부 부품은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있고, 이 경우에는 부식을 방지하기 위한 보호층이 표면에 구비될 수 있다.
가스공급부재(1)는 서셉터(6)와 이격되어 서셉터(6)의 상부에 배치된다. 가스공급부재(1)의 바디부(10)는 가스가 통과하는 관통홀(40)을 포함하여 구성된다. 관통홀(40)은 에칭 또는 레이저 가공을 통해 형성될 수 있다.
가스공급부재(1)의 바디부(10)는 쿼츠(Quartz)재질로 구성된다. 가스공급부재(1)의 바디부(10)는 원형 또는 사각형 등 다각의 형태로 형성될 수 있다. 바디부(10)는, 일례로, 원형의 판의 형태로 형성될 수 있으며, 바디부(10)의 외측면은 단차진 형상으로 형성될 수 있다. 바디부(10)는 상면의 직경이 하면의 직경보다 크게 형성됨으로써, 바디부(10)의 외측면이 단차진 형상을 가지게 되는 것이다.
바디부(10)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에는 전극(20)이 구비된다. 가스공급부재(1)에 공정 가스를 공급하고 그 공정 가스는 관통홀(40)을 거쳐서 기판(3)에 공급된다. 기판처리장치(2)는 배기관(미도시)을 구비하며 배기관(미도시)은 기판처리장치(2) 내부를 배기하여 내부 압력이 소정의 압력으로 유지되도록 한다. 공정 가스가 공급된 상태에서 고주파 전원(P1, P2)이 작동되면 상측 고주파 전원(P1)으로부터 전극(20)에 제1범위의 고주파(예로서, 13MHz ~ 60MHz)가 인가되고 가스공급부재(1)의 하측으로 플라즈마 발생하고 공정 가스가 활성화되는 동시에, 하측 고주파 전원(P2)으로부터 서셉터(6)에 제2범위의 고주파(예로서, 0.3Mhz ~ 13MHz)가 인가되고 바이어스 전위가 발생하며 플라즈마를 구성하는 이온이 기판(3)에 도달하여 기판(3)의 표면을 처리(증착 또는 에칭)하게 된다.
가스공급부재(1)는 플라즈마에 의한 충돌 가열 및 서셉터(6)에 의한 복사 가열로 인해 온도가 고온으로 상승하게 된다. 종래의 가스공급부재(1)는 바디부(10)의 재질이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등과 같은 금속 재질로 구성됨에 따라 가스공급부재(1)의 상, 하측에서 발생한 온도 구배로 인해, 가스공급부재(1)에 열 응력이 도입되어 가스공급부재(1)의 중앙부가 볼록한 형태로 휨 변형되는 문제가 발생하게 된다. 이와는 다르게, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스공급부재(1)는 그 바디부(10)가 쿼츠 재질로 구성됨에 따라 가스공급부재(1)에 열 응력이 도입되더라도 열적 변형을 최소화함으로써 종래과 같은 휨 현상을 개선할 수 있게 된다.
가스공급부재(1)은 그 표면에 형성되는 내식층(30)을 포함한다. 내식층(30)은 바디부(10)와 전극(20)을 감싸는 형태로 구성되며, 관통홀(40)의 내벽에도 형성된다. 내식층(30)은 관통홀(40)의 내벽에 형성된 내부 내식층(30a)과, 바디부(10) 및 전극(20)의 노출 표면에 형성된 외부 내식층(30b)을 포함한다. 관통홀(40)의 내벽은 플라즈마 또는 반응가스 등에 노출이 되므로 내부 내식층(30a)을 구비하는 것이 바람직하다.
내부 내식층(30a)과 외부 내식층(30b)은 하나의 제조과정에서 일체적으로 형성되는 내식층으로서, 내식층(30)은 증착 공정 중 사용되는 반응 가스, 에칭 가스 또는 클리닝 가스를 포함하는 공정 가스에 대한 내식성을 구비할 수 있다. 내식층(30)은 가스공급부재(1)의 바디부(10)와 전극(20)을 전체적으로 덮어 바디부(10)와 전극(20)의 표면이 노출되지 않도록 한다.
내식층(30)은 전구체 가스(PG)와 반응체 가스를 교대로 공급함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 내식층(30)은 전구체 가스(PG) 및 반응체 가스(RG)의 구성에 따라 다른 구성으로 형성될 수 있다.
일 예로서, 내식층(30)은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스(PG)와 내식층(30)을 형성할 수 있는 반응체 가스(RG)를 교대로 공급하여 형성될 수 있다.
전구체 가스(PG) 및 반응체 가스(RG)를 교대로 공급하여 형성되는 내식층(30)은, 전구체 가스(PG) 및 반응체 가스(RG)의 구성에 따라 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 내식층(30)이 알루미늄 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는, 알루미늄 알콕사이드(Al(T-OC4H9)3), 알루미늄 클로라이드(AlCl3), 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3), 디에틸알루미늄 에톡시드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 세크-부톡시드, 알루미늄 3브롬화물, 알루미늄 3염화물, 트리에틸 알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄 및 트리스(디에틸아미도)알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 전구체 가스(PG)로서 알루미늄 알콕사이드(Al(T-OC4H9)3), 디에틸알루미늄 에톡시드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 세크-부톡시드, 알루미늄 3브롬화물, 알루미늄 3염화물, 트리에틸 알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄 및 트리스(디에틸아미도)알루미늄 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 H2O가 이용될 수 있다.
전구체 가스(PG)로서 알루미늄 클로라이드(AlCl3)가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스(PG)로서 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3)이 이용될 경우에는, 반응체 가스(RG)로서 O3 또는 H2O가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 이트륨 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 염화이트륨(YCl3), Y(C5H5)3, 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 이트륨(III)부톡사이드, 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III),트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(Cp3Y), 트리스(메틸사이클로펜타디에닐)이트륨((CpMe)3Y), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨 및 트리스(에틸사이클로펜타디에닐)이트륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스(PG)로서, 염화이트륨(YCl3) 및 Y(C5H5)3 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스(PG)로서, 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 이트륨(III)부톡사이드, 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(Cp3Y), 트리스(메틸사이클로펜타디에닐)이트륨((CpMe)3Y), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨 및 트리스(에틸사이클로펜타디에닐)이트륨 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로서, H20, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 하프늄 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 염화 하프늄(HfCl4), Hf(N(CH3)(C2H5))4, Hf(N(C2H5)2)4, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄 및 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스(PG)로서, 염화 하프늄(HfCl4), Hf(N(CH3)(C2H5))4 및 Hf(N(C2H5)2)4 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스(PG)로서, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄 및 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 H2O, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 실리콘 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 Si(OC2H5)4를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스(RG)로는 O3가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 에르븀 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트), 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오나토) 에르븀(Er(thd)3), Er(PrCp)3, Er(CpMe)2, Er(BuCp)3 및 Er(thd)3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스(PG)로서, 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트) 및 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III) 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는, H2O, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
전구체 가스(PG)로서, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오나토) 에르븀(Er(thd)3), Er(PrCp)3, Er(CpMe)2 및 Er(BuCp)3 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스(PG)로서, Er(thd)3가 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 O-라디칼이 이용될 수 있다.
내식층(30)이 지르코늄 산화물로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 사염화지르코늄(ZrCl4), Zr(T-OC4H9)4, 지르코늄(IV) 브로마이드, 테트라키스(디에틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(에틸메틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(N,N’-디메틸-포름아미디네이트)지르코늄, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄, 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼, 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜타디에닐)지르코늄 및 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-헵탄-3,5-디오네이트)에르븀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성 중 적어도 하나가 전구체 가스(PG)로 이용될 경우, 반응체 가스(RG)로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 플루오르화층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III)를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스(RG)로는 H2O, O2 또는 O3가 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 전이 금속층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 탄탈륨클로라이드(TaCl5) 및 사염화티타늄(TiCl4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스(RG)로는 H-라디칼이 이용될 수 있다.
구체적으로, 전구체 가스(PG)로서 탄탈륨클로라이드(TaCl5)가 이용되고, 반응체 가스(RG)로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 탄랄륨층으로 구성될 수 있다.
이와는 달리, 전구체 가스(PG)로서 사염화티타늄(TiCl4)이 이용되고, 반응체 가스(RG)로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 티타늄층으로 구성될 수 있다.
내식층(30)이 티타늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 비스(디에틸아미도)비스(디메틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(디에틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(에틸메틸아미도)티타늄(IV), 티타늄(IV) 브롬화물, 티타늄(IV) 염화물 및 티타늄(IV) 3차-부톡사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스(RG)로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 탄탈륨 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 펜타키스(디메틸아미도)탄탈(V), 탄탈(V) 염화물, 탄탈(V) 에톡사이드 및 트리스(디에틸아미노)(3차-부틸이미도)탄탈(V) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스(RG)로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
내식층(30)이 지르코늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스(PG)는 지르코늄(IV) 브롬화물, 지르코늄(IV) 염화물, 지르코늄(IV) 3차-부톡사이드, 테트라키스(디에틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV) 및 테트라키스(에틸메틸아미도)지르코늄(IV)를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스(RG)로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
이처럼 내식층(30)은 사용되는 전구체 가스(PG) 및 반응체 가스(RG)의 구성에 따라 따른 종류의 구성으로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 내식층(30)은 쿼츠 재질의 바디부(10)의 표면에 전극(20)을 구비시킨 다음에 전구체 가스(PG)를 흡착시키고, 반응체 가스(RG)를 공급하여 전구체 가스(PG)와 반응체 가스(RG)의 화학적 치환으로 단원자층(M)을 생성시키는 사이클(이하, '단원자층 생성 사이클'이라함)을 반복적으로 수행함으로써 형성될 수 있다. 내식층(30)은, 단원자층 생성 사이클의 수행 횟수에 따라 단원자층(M)이 다층으로 적층되면서 소정의 두께를 가질 수 있다.
단원자층 생성 사이클은 바디부(10)의 표면에 전극(20)을 구비시킨 가스공급부재(1)의 표면에 전구체 가스를 흡착하는 전구체 가스 흡착 단계(도 4a), 불활성 기체를 공급 및 배기하여 여분의 전구체 가스를 배기하는 단계(도 4b), 반응체 가스 흡착 단계(도 4c) 및 불활성 기체를 공급 및 배기하여 여분의 반응체 가스를 배기하는 단계(도 4d)를 순차적으로 수행하는 단계를 포함하며, 이러한 단원자층 생성 사이클을 반복하여 수행하여 복수층의 단원자층(M)을 생성하여 소정 두께의 내식층(110)을 형성하게 된다(도 4e).
보다 상세히 설명하면, 전구체 가스 흡착 단계에서는, 바디부(10)의 표면에 전극(20)을 구비시킨 가스공급부재(1)의 표면에 전구체 가스(PG)를 공급하여 흡착시킴으로써 전구체 흡착층을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 전구체 흡착층은 자기 제한적 반응에 의해 1개의 층만으로 형성된다(도 4a). 그런 다음, 불활성 기체를 공급 및 배기하여 흡착되지 않은 여분의 전구체를 제거하는 과정이 수행된다. 불활성 기체는 자기 제한적 반응에 의해 1개의 층만을 형성한 전구체 흡착층에 잔존하는 과잉의 전구체를 제거할 수 있다(도 4b). 그런 다음, 반응체 가스 흡착 단계가 수행될 수 있다. 반응체 흡착 단계에서는, 전구체 흡착층의 표면에 반응체 가스(RG)를 공급하여 전구체 흡착층의 표면에 반응체 가스(RG)를 흡착시키는 과정이 수행될 수 있다. 그런 다음, 불활성 기체를 공급 및 배기하여 흡착되지 않은 여분의 반응체 가스(RG)를 제거하는 과정이 수행된다(도 4d). 단원자층 생성 사이클이 반복적으로 수행하여 복수층의 단원자층(M)을 생성하는 단계가 수행되고, 이를 통해 소정 두께(수 ㎚ ~ 수백 ㎚)의 내식층(30)이 형성될 수 있다(도 4e).
내식층(30)은 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 하나의 재질로 복수 회에 걸친 단원자층 생성 사이클에 의해 적층되어 형성될 수 있다.
또는 내식층(30)은 전구체 가스(PG) 및 반응체 가스(RG)의 구성에 따라 복수개의 층으로 형성될 수 있다. 내식층(30)은 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 두 개를 포함하면서 복수개의 층으로 구성될 수 있다.
내식층(30)을 형성하는 방법으로 화학적 증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)을 고려해 볼 수 있다. 그러나 CVD법은 400℃~500℃이상의 고온으로 가열하는 것이 필요해서 전극(20)의 용해가 일어날 수 있어 사용가능한 전극재료에 제약이 따른다. 이와는 다르게, 내식층(30)을 단원자층 생성 사이클을 이용하여 형성하게 되면 실온 내지 200℃ 정도의 온도에서 형성되므로 CVD법에 비해 저온에서 형성된다. 이 때문에 전극(20)이 용해되는 것을 방지할 뿐만 아니라 저온 공정에서 사용가능한 재료의 전극(20)을 사용할 수 있게 된다. 전극(20)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질을 포함한다.
가스공급부재(1)의 전극(20)은 증착 공정을 통해 바디부(10)의 표면에 형성된다. 그런데 가스공급부재(1)의 바디부(10)는 쿼츠 재질로 구성되고 가스공급부재(1)의 전극(20)은 금속 재질로 구성되어 이종 재질로 구성된다. 그 결과 반도체 제조 공정에서의 고온 분위기에서 양 부재의 계면에 미세한 틈이 존재할 수 있으며 미세한 틈에 이물질이 부착된 후 반도체 오염원으로 작용하여 반도체 불량을 야기할 수 있다. 그러나 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 내식층(30)은 단원자층 생성 사이클에 의해 바디부(10)와 전극(20)을 전체적으로 감싸면서 미세한 틈을 메꾸게 되므로 상술한 것과 같은 문제를 방지할 수 있게 된다.
한편, 도 5를 참조하면, 내식층(30)의 증착 전에 기능층(50)이 단원자층 생성 사이클에 의해 증착될 수 있다. 기능층(50)은 바디부(10)와 전극(20)을 감싸는 형태로 구성되며, 관통홀(40)의 내벽에도 형성된다. 기능층(50)은 관통홀(40)의 내벽에 형성된 내부 기능층과, 바디부(10) 및 전극(20)의 노출 표면에 형성된 외부 기능층을 포함한다. 내부 기능층과 외부 기능층은 단원자층 생성 사이클에 의해 일체적으로 형성되는 내식층으로서, 가스공급부재(1)의 바디부(10)와 전극(20)을 전체적으로 덮어 바디부(10)와 전극(20)의 표면이 노출되지 않도록 한다.
기능층(50)은, 알루미늄 산화물(예컨대, Al2O3), 실리콘 산화물(예컨대, SiO2), 알루미늄 질화물, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 기능층(50)은 기판처리장치(2)가 반도체 제조공정에 사용될 때에 내식층(30) 아래에 구비되어 내식층(30)에서의 균열을 완화시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 통해, 기능층(50)은 내식층(30)의 균열 및 박리를 방지하고 내식층(30)의 접착력을 향상시킬 수 있다. 일 실시예로서 기능층(50)은, 비다공성이며, 100 ㎚ 이상 10 ㎛ 이하의 두께 또는 200 ㎚ 이상 1 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
1: 가스공급부재 2:기판처리장치
3: 기판 10: 바디부
20: 전극 30: 내식층
40: 관통홀 50: 기능층

Claims (9)

  1. 관통홀이 구비된 쿼츠 재질의 바디부; 및
    상기 바디부의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 형성된 전극을 포함하는, 가스공급부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디부와 상기 전극을 감싸는 내식층을 포함하는, 가스공급부재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내식층은 상기 관통홀의 내벽에도 형성되는, 가스공급부재.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 내식층은 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 가스공급부재.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 내식층은,
    알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와, 상기 내식층을 형성할 수 있는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성되는, 가스공급부재.
  6. 기판을 지지하는 서셉터; 및
    상기 서셉터와 이격되어 배치되며 가스가 통과하는 관통홀이 구비된 쿼츠 재질의 바디부를 포함하는 가스공급부재;를 포함하는, 기판처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스공급부재는, 상기 바디부의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 형성된 전극을 포함하는, 기판처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 관통홀의 내벽에 형성된 내부 내식층; 및
    상기 바디부 및 상기 전극의 노출표면에 형성된 외부 내식층;을 포함하는, 기판처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내부 내식층과 상기 외부 내식층은,
    일체로 형성되며, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와, 상기 내식층을 형성할 수 있는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성되는, 기판처리장치.




KR1020200154203A 2020-11-18 2020-11-18 가스 공급부재 및 이를 구비한 기판처리장치 KR20220067696A (ko)

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