WO2015072661A1 - 반응 유도 유닛 및 기판 처리 장치 그리고 박막 증착 방법 - Google Patents

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WO2015072661A1
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gas
radical
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방홍주
신동화
김민석
고재국
김광수
김슬기
백성규
라종훈
최장원
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국제엘렉트릭코리아 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a reaction induction unit capable of facilitating control of temperature, pressure, and reaction time of a gas injected into a substrate, a substrate processing apparatus having the same, and a thin film deposition method.
  • the reaction product of two or more gases in one system is used to react with the precursor, temperature, pressure, and gas rate.
  • Uniform supply due to bad film quality and recombination due to the narrow process window to meet the reaction conditions or the production of small quantities of reaction products due to the inability to control gas ratio, reaction time or difficulty This difficulty results in a loading effect.
  • An object of the present invention is to provide a reaction induction unit, a substrate processing apparatus having the same, and a thin film deposition method, which can facilitate the control of temperature, pressure, and reaction time when depositing a precursor and a reaction using two or more gas reaction products. .
  • the process chamber A substrate susceptor installed in the process chamber and having a plurality of substrates disposed on the same plane and connected to a rotating shaft to rotate; A heater member positioned on a bottom surface of the substrate susceptor; And reaction induction units for injecting gas into a processing surface of the substrate at a position corresponding to each of the plurality of substrates placed on the substrate susceptor;
  • the reaction induction unit is to provide a substrate processing apparatus having a flow path of a multilayer composite structure by at least three or more laminated plates.
  • the reaction induction unit may further comprise: a top plate having at least one gas injection port; A middle plate disposed to be stacked below the top plate and having first flow paths for mixing and heating gas and first through holes through which the gas passes through the first flow path; And a bottom plate disposed below the middle plate and having secondary flow paths for adjusting a pressure and a reaction time of the gas introduced through the first through holes.
  • At least one middle plate may be installed.
  • the reaction induction unit may further include an injection nozzle installed on the bottom plate and connected to the secondary flow paths to inject a gas passing through the secondary flow paths onto a substrate.
  • the spray nozzle may be detachably installed in a slot formed at the center of the bottom plate, and may have a plurality of spray holes on a bottom surface and grooves connected to ends of the secondary flow paths on a side surface thereof.
  • the middle plate may be formed such that the primary flow paths face from the center of the middle plate to the edge, and the first through holes may be formed at the ends of the primary flow paths.
  • the bottom plate may be formed such that the secondary flow paths face toward the center from an edge of the bottom plate.
  • one end of the secondary flow path may be connected to the first through hole, and the other end thereof may be connected to the injection nozzle.
  • the secondary flow path may have independent paths having different lengths and turns.
  • the middle plate may include a central square portion in which the primary flow paths are connected to the center and gas is introduced through the gas injection port.
  • the primary flow paths may be provided by partition walls, and the secondary flow paths may be provided in a groove shape.
  • the length of the secondary flow path may be longer than that of the primary flow path.
  • a top plate having at least one gas injection port;
  • a middle plate disposed to be stacked below the top plate and having first flow paths for mixing and heating gas and first through holes through which the gas passes through the first flow path;
  • At least one bottom plate disposed below the middle plate and having secondary flow paths for adjusting a pressure and a reaction time of a gas introduced through the first through holes;
  • a spray nozzle installed on the bottom plate and connected to the secondary flow paths to inject a gas passing through the secondary flow paths onto a substrate.
  • the spray nozzle may be detachably installed in a slot formed at the center of the bottom plate, and may have a plurality of spray holes on a bottom surface and grooves connected to ends of the secondary flow paths on a side surface thereof.
  • the middle plate is formed such that the primary flow paths face from the center of the middle plate to the edge, the first through holes are formed at the ends of the primary flow paths, and the bottom plate is the secondary flow paths. It may be formed to face from the edge of the bottom plate toward the center.
  • the middle plate may have a central square portion in which the primary flow paths are connected to the center and gas is introduced through the gas injection port.
  • the primary flow paths may be provided by partition walls, and the secondary flow paths may be provided in a groove shape.
  • a first precursor is provided on a first substrate, and a part of the second precursor on the second substrate is purged.
  • a first pumping pump providing a third radical on a third precursor on the third substrate to form a third thin film, and purging and pumping the fourth radical remaining on the fourth thin film of the fourth substrate.
  • step Purging and pumping a portion of the first precursor of the first substrate, providing a second radical on the second precursor of the second substrate to form a second thin film, and remaining on the third substrate Purging and pumping a third radical and providing a fourth precursor on the fourth radical of the fourth substrate; Providing a first radical on the first precursor of the first substrate to form a first thin film, purging and pumping the second radical remaining on the second substrate, and on the third substrate Providing a third precursor and purging and pumping a portion of the fourth precursor on the fourth substrate; Purge and pump the first radical remaining on the first substrate, provide the second precursor on the second substrate, purge and pump a portion of the third precursor on the third substrate, and And providing a fourth radical on the fourth precursor on the fourth substrate to form a fourth thin film.
  • the first to fourth steps may be performed at 500 degrees.
  • the first to fourth precursors may include silane, and the first to fourth radicals may include hydroxyl groups.
  • the first precursor on the first substrate in the substrate and the second radical on the second precursor of the second substrate at the same time to form a second on the second substrate Forming a thin film; And a second step of forming a first thin film on the first substrate by simultaneously providing a first radical on the first precursor and a second precursor on the second thin film in the substrate.
  • the pressure, reaction time and temperature conditions suitable for two or more gas reactions can be provided, and the reaction can be induced to secure a wide process window and minimize the recombination of the reaction products, thereby reducing the film quality and loading effect ( It has a special effect to improve the loading effect.
  • the thin film deposition method according to the embodiments of the present invention may form the first to fourth thin films on the first to fourth substrates that are rotated and moved in the chamber at a constant temperature of 520 ° C., thus loading effects. Can be prevented and productivity can be improved.
  • FIG. 1 is a view for explaining a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the substrate susceptor shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a rear view of the reaction induction units shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view of a reaction induction unit.
  • reaction induction unit 5 is an exploded perspective view of the reaction induction unit.
  • reaction induction unit 6 is a cross-sectional view of the reaction induction unit.
  • FIG. 7 is a plan view showing a spray nozzle installed in a bottom plate.
  • FIG. 8 is a view illustrating a plate on which a refrigerant passage is formed.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a thin film deposition method in the substrate processing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating the process chamber of FIG. 1.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating the susceptor and the first to the first stages of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a graph showing a comparison between the formation of the silicon oxide films of the first to fourth thin films and the conventional silicon oxide film.
  • FIG. 13 is a graph illustrating a comparison between the wet etch rate of the silicon oxide films of the first to fourth thin films and the wet etch rate of the general silicon oxide film.
  • FIG. 1 is a view for explaining a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the substrate susceptor shown in FIG. 1.
  • a substrate processing apparatus 10 may include a process chamber 100, a substrate susceptor 200 that is a substrate support member, and reaction induction units. 300 and a supply member 400.
  • Process chamber 100 is provided with an entrance 112 on one side.
  • the entrance and exit 112 enters and exits the substrates W during the process.
  • the process chamber 100 may be provided with an exhaust duct for exhausting the reaction gas generated during the deposition process and the reaction gas supplied to the process chamber at the edge.
  • the exhaust duct may be formed in a ring type located outside the substrate susceptor 200.
  • the substrate susceptor 200 is installed in an internal space of the process chamber 100.
  • the substrate susceptor 200 is a batch type in which four substrates are placed.
  • the substrate susceptor has a disc shape in which first to fourth stages 212a to 212d on which substrates are placed are formed.
  • the first to fourth stages 212a-212d provided in the substrate susceptor may have a circular shape similar to that of the substrate.
  • the first to fourth stages 212a-212d are disposed at intervals of 90 degrees on the concentric circles about the center of the substrate susceptor 200. For example, three or four or more substrate susceptors 200 may be applied instead of four.
  • the substrate susceptor 200 is rotated by the driver 290 connected to the rotation shaft 280.
  • the driving unit 290 for rotating the substrate susceptor 200 preferably uses a stepping motor provided with an encoder capable of controlling the rotation speed and the rotation speed of the driving motor.
  • the substrate susceptor 200 may be provided with a plurality of lift pins (not shown) for lifting and lowering the substrate W at each stage.
  • the lift pins lift and lower the substrate W to space the substrate W away from the stage of the substrate susceptor 200 or to rest on the stage.
  • the supply member 400 may include a first gas supply member 410a and a second gas supply member 410b.
  • the first gas supply member 410a supplies the first reaction gas to each of the four reaction induction units for forming a predetermined thin film on the substrate w
  • the second gas supply member 410b supplies the second reaction. Gas is supplied to each of the four reaction induction units.
  • two gas supply members are used to supply two different reaction gases, but a plurality of gas supply members may be applied to supply two or more different gases or the same gas depending on the characteristics of the gas to be supplied. Of course it can.
  • FIG. 3 is a rear view of the reaction induction units shown in FIG. 1.
  • the four reaction induction units 300 inject gas into each of the four substrates placed on the substrate susceptor 200.
  • the reaction induction unit 300 may receive at least one reaction gas from a supply member.
  • the reaction gas may be preheated externally and then supplied to the reaction induction unit 300.
  • each of the reaction induction units 300 may receive the first and second reaction gases from the supply member 400.
  • the four reaction induction units 300 have a disk shape as a whole, and each has a fan shape partitioned at 90 degree intervals, and gas injection holes 312 are formed at the bottom thereof.
  • reaction induction unit 300 has a fan shape of 90 degree intervals, but the present invention is not limited thereto and may be configured at 45 degree intervals or 180 degree intervals according to the process purpose or characteristics, and the reaction chamber form The reaction induction unit size, shape and installation location may be configured accordingly.
  • FIGS. 4 and 5 are a perspective view and an exploded perspective view of the reaction induction unit
  • Figure 6 is a cross-sectional view of the reaction induction unit
  • Figure 7 is a plan view showing a spray nozzle installed in the bottom plate.
  • the reaction induction unit 300 provides a flow path of a multilayer composite structure by at least three stacked plates.
  • a multi-layered composite structure in which three plates are stacked is described as an example. However, this is merely an example and the number of plates may be two or four or more.
  • the reaction induction unit 300 includes a top plate 310, a middle plate 320, a bottom plate 330, and a spray nozzle 350, and includes a top plate 310, a middle plate 320, and a bottom plate 330. ) Are installed to be sequentially stacked.
  • Top plate 310 has three injection ports 312 and 314.
  • the two injection ports 312 are gas injection ports for reactant gas injection, and the other injection port 314 is a pressure port for checking the pressure inside the reaction induction unit 300.
  • the middle plate 320 is installed to be stacked below the top plate 310.
  • the middle plate 320 flows into the secondary flow passage 332 of the bottom plate 330 while the mixed and heated gas flows through the primary flow passages 322 and the primary flow passage 322 for mixing and heating the gas.
  • First through holes 324 provided to include.
  • the primary flow paths include four flow paths facing the edge from the center square portion 328 of the middle plate, and the first through hole 324 is formed at the end of each flow path.
  • Primary flow paths are provided by the partition walls 326.
  • the central square portion 328 is a space in which gas is introduced through the gas injection port of the top plate and is located at the center of the middle plate and is connected to four primary flow paths.
  • the middle plate 320 is illustrated and described as having one installed between the top plate 310 and the bottom plate 330, but this is only an example, and gas mixing is performed according to the number and characteristics of the supplied gas. And one or more different in shape and length of the flow path for temperature control may be installed to be stacked and different gas and the same gas may be supplied to the laminated plate.
  • the bottom plate 330 is installed to be stacked below the middle plate 320.
  • the bottom plate 330 has four secondary flow paths 332 for adjusting the pressure and reaction time of the gas introduced through the four first through holes 324.
  • the gas provided from the middle plate 320 may be adjusted through pressure and reaction time while passing through the four secondary flow paths 332.
  • the gas pressure in the secondary flow path may be increased by reducing the volume of the secondary flow path, increasing the number of turns, increasing the length, and changing the shape.
  • the gas pressure in the secondary flow path can be lowered by expanding the volume of the secondary flow path, reducing the number of turns, decreasing the length, and changing the shape. In this way, the reaction gas whose reaction time and pressure are satisfied in the secondary flow path is provided to the injection nozzle.
  • the secondary flow paths 332 are formed to face the center from the edge of the bottom plate 330. One end of the secondary flow path 332 is connected to the through hole 324 of the middle plate 320, and the other end is connected to the injection nozzle 350 installed at the center of the bottom plate 330.
  • the secondary flow paths 332 may be provided in a groove shape.
  • the secondary flow path 332 is characterized in that its length is longer than the length of the primary flow path 322.
  • the secondary flow path 332 may be provided in the form of independent passes having different lengths and turns.
  • the spray nozzle 350 is installed on the bottom plate 330.
  • the injection nozzle 350 is connected to four secondary flow paths 332 to inject a gas passing through the secondary flow paths 332 onto the substrate.
  • the spray nozzle 350 is detachably installed in the slot 338 formed at the center of the bottom plate 330.
  • the injection nozzle 350 has a plurality of injection holes 352 on the bottom surface and grooves 354 connected to the ends 335 of the secondary flow paths 332 on both sides.
  • the reaction gas may be preheated by heat conduction inside the chamber in the course of passing through the primary flow path or the secondary flow path.
  • FIG. 8 is a view illustrating a plate on which a refrigerant passage is formed.
  • the coolant flow path 384 may be formed in the plate 380 constituting the reaction induction unit adjacent to the flow path 382 through which the reaction gas flows.
  • the refrigerant flowing from the flow path may be cooled while the coolant provided from the external coolant supply device 900 circulates in the coolant flow path 384.
  • the refrigerant flow path 384 may be formed on the middle plate 320 or the bottom plate 330 of the reaction induction unit 300 illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a thin film deposition method in the substrate processing apparatus of FIG. 1.
  • 10 is a plan view illustrating the process chamber 100 of FIG. 1.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating the susceptor and the first to the first stages of FIG. 1.
  • the substrate processing apparatus 10 includes a process chamber 100, a substrate susceptor 200, reaction induction units 300, and a supply member 400.
  • the process chamber 100 may have first to fourth regions 110-140.
  • the first to fourth regions 110-140 may be precursor forming regions, precursor pumping regions, radical forming regions, and radical pumping regions, respectively.
  • the process chamber 100 may perform an atomic layer deposition process of the first to fourth substrates 101-104 at a temperature of 520 ° C to 550 ° C.
  • the substrate susceptor 200 may be disposed in the process chamber 100.
  • the supply member 400 may provide a precursor and radicals, respectively, in the process chamber 100.
  • the supply member 400 may include a precursor supply line 410a and a radical supply line 410b.
  • the precursor supply line 410a may be connected to the first region 110.
  • the radical supply line 410b may be connected to the third region 130.
  • the reaction induction units 300 may be disposed in the first region 110 and the third region 130.
  • first to fourth precursors may be provided to the first to fourth substrates 101 to 104.
  • first to fourth radicals may be provided with respect to the first to fourth substrates 101 to 104.
  • First to fourth thin films may be formed on the first to fourth substrates 101 to 104 by the reaction of the first to fourth precursors and the first to fourth radicals.
  • the reaction induction units 300 may include a shower head.
  • the substrate susceptor 200 may rotate in the process chamber 100.
  • the substrate susceptor 200 may include a shaft 280 and first to fourth stages 212a-212d on the shaft 280.
  • the first to fourth stages 212a-212d may support the first to fourth substrates 101-104, respectively.
  • the first to fourth stages 212a-212d may move along the first to fourth regions 110-140.
  • the first to fourth substrates 101-104 may be disposed in the first to fourth regions 110-140, respectively.
  • the first precursor may be formed on the first substrate 101 in the first region 110.
  • the first precursor may be formed on the entire surface of the first substrate 101.
  • the second precursor on the second substrate 101 in the second region 120 may be pumped to a predetermined vacuum pressure.
  • a purge gas may be provided on the second substrate 102.
  • a third radical may be provided on the third precursor of the third substrate 103 in the third region 130.
  • the first to third precursors are precursors of the same kind formed on the first to third substrates 101 to 103 and may include silane (SiH 4) or titanium chloride (TiCl 4).
  • the third radical may comprise a hydroxyl group (OH) or an amine group (NH). The third precursor and the third radical can be reacted.
  • a third thin film of silicon oxide film, silicon nitride film, or titanium nitride (TiN) may be formed on the third substrate 103, and a gas may be formed after the reaction of hydrochloric acid (HCl).
  • HCl hydrochloric acid
  • the fourth radical remaining on the fourth substrate 104 in the fourth region 140 and the gas after the reaction may be pumped.
  • a purge gas may be provided on the fourth substrate 104.
  • a fourth thin film may be formed by providing a fourth precursor and a fourth radical on the fourth substrate 104.
  • the fourth radical may be the same.
  • the first stage 212a moves to the second region 120 by the rotation of the shaft 280, and the second stage 212b moves to the third region 130 and the third stage 212c. May move to the fourth region 140, and the fourth stage 212d may move to the first region 110.
  • the first to fourth substrates 101 to 104 may sequentially move the first to fourth regions 110 to 140. Therefore, process waiting time of the first to fourth substrates 101 to 104 can be minimized. Loading effects of the first to fourth substrates 101 may be removed or prevented. Therefore, the thin film forming method according to the embodiment of the present invention can improve productivity.
  • the third radical is pumped and purged to provide a fourth precursor on the fourth substrate 104 (S20).
  • the first precursor may be adsorbed onto the surface of the first substrate 101.
  • the first precursor that is not adsorbed on the surface of the first substrate 101 may be pumped out or purged by a purge gas.
  • a second thin film may be formed on the second substrate 102 by the reaction of the second precursor and the second radical.
  • the second thin film may include a silicon oxide film, a silicon nitride film, or titanium nitride.
  • the third radical on the third substrate 1030 may be discharged in the process chamber 100 by pumping or purging.
  • the fourth precursor may be the same as the first to third precursor.
  • the first stage 212a moves to the third region 130
  • the second stage 212b moves to the fourth region 140
  • the third stage 212c moves to the first region 110.
  • Move, and the fourth stage 212d may move to the second area 120.
  • the first radical is provided on the first precursor of the first substrate 101, the second radical remaining on the second substrate 102 is pumped and purged, and the third substrate 103 is removed.
  • the third precursor is provided on the third radical, and a part of the fourth precursor on the fourth substrate 104 is pumped (S30).
  • the first thin film may be formed on the first substrate 101 by the reaction of the first precursor and the first radical.
  • the first thin film may include a silicon oxide film, a silicon nitride film, or titanium nitride.
  • the second radical on the second substrate 102 may be discharged to the outside of the process chamber 100 by pumping or purging.
  • the third precursor may be adsorbed onto the third substrate 103.
  • the fourth precursor that is not adsorbed on the surface of the fourth substrate 104 may be removed by pumping or purging.
  • the first stage 212a moves to the third region 130
  • the second stage 212b moves to the fourth region 140
  • the third stage 212c moves to the first region 110.
  • Move, and the fourth stage 212d may move to the second area 120.
  • the first radical remaining on the first substrate 101 may be removed in the process chamber 100 by pumping or purging.
  • the second precursor may be adsorbed onto the second thin film or the second substrate 102.
  • the third precursor that is not adsorbed on the second thin film or the third substrate 103 may be removed in the process chamber 100 by pumping or purging.
  • the third precursor adsorbed on the second thin film or the third substrate 103 may remain on the third substrate 103.
  • the fourth precursor and the fourth radical may form a fourth thin film on the fourth substrate 104.
  • first to fourth substrates 101 to 104 are sequentially moved along the first to fourth regions 110 to 140, and the first to fourth substrates 101 to 104 have a predetermined thickness on the first to fourth substrates 101 to 104.
  • To fourth thin films may be formed.
  • FIG. 12 is a graph showing a comparison between the formation of the silicon oxide films of the first to fourth thin films and the conventional silicon oxide film.
  • the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents silicon oxide film formation rate.
  • the silicon oxide film 10 of the first to fourth thin films may be formed at 520 ° C.
  • the conventional silicon oxide film 20 may be formed at 570 °C.
  • FIG. 13 is a graph illustrating a comparison between the wet etch rate of the silicon oxide film 10 of the first to fourth thin films and the wet etch rate of the general silicon oxide film.
  • the wet etch rate of the silicon oxide layers of the first to fourth thin films may be lower than that of the general silicon oxide layer.
  • the difference in wet etching rate may be caused by the density of the silicon oxide film.
  • the general silicon oxide film having a low density may have a higher wet etching rate than the silicon oxide film of the silicon oxide films of the first to fourth thin films having high density. Therefore, the thin film deposition method according to the embodiment of the present invention is a method of forming a high density silicon oxide film.

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 본 발명의 기판 처리 장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지며, 회전축에 연결되어 회전되는 기판 서셉터; 상기 기판 서셉터 저면에 위치되는 히터 부재; 및 상기 기판 서셉터에 놓여진 복수의 기판들 각각에 대응하는 위치에서 기판의 처리면으로 가스를 분사하는 반응 유도 유닛들을 포함하되; 상기 반응 유도 유닛은 적어도 3개 이상이 적층된 플레이트들에 의해 다층 복합 구조의 유로를 가질 수 있다.

Description

반응 유도 유닛 및 기판 처리 장치 그리고 박막 증착 방법
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 기판으로 분사하는 가스의 온도, 압력 그리고 반응 시간의 컨트롤을 용이하게 할 수 있는 반응 유도 유닛 및 그것을 갖는 기판 처리 장치 및 박막 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 증착 과정에 증착 막질의 형성도(conformability)를 개선하기 위해서 하나의 시스템 내에서 두 가지 이상의 가스의 반응 생성물을 이용하여 전구체(precursor)와 반응 증착시 온도, 압력, 가스율(Gas Ratio), 반응 시간(Reaction Time) 제어가 불가하거나 난이하여 반응 조건 충족을 위한 좁은 공정 윈도우 또는 반응 생성물의 소량 생산에 따른 배드 필름 품질(Bad film quality) 및 재결합(Recombination)으로 인한 균일한 공급이 난이하여 로딩 이펙트(loading Effect)가 발생된다.
본 발명의 목적은 두 가지 이상의 가스 반응 생성물을 이용하여 전구체와 반응 증착시 온도, 압력 그리고 반응 시간의 컨트롤을 용이하게 할 수 있는 반응 유도 유닛 및 그것을 갖는 기판 처리 장치 그리고 박막 증착 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 두 가지 이상의 가스를 내부에서 반응시켜 반응 생성물을 균일하게 공급할 수 있는 반응 유도 유닛 및 그것을 갖는 기판 처리 장치 그리고 및 박막 증착 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지며, 회전축에 연결되어 회전되는 기판 서셉터; 상기 기판 서셉터 저면에 위치되는 히터 부재; 및 상기 기판 서셉터에 놓여진 복수의 기판들 각각에 대응하는 위치에서 기판의 처리면으로 가스를 분사하는 반응 유도 유닛들을 포함하되; 상기 반응 유도 유닛은 적어도 3개 이상이 적층된 플레이트들에 의해 다층 복합 구조의 유로를 갖는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
또한, 상기 반응 유도 유닛은 적어도 하나 이상의 가스 주입 포트를 갖는 탑 플레이트; 상기 탑 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 가스의 혼합 및 히팅을 위한 1차 유로들 및 상기 1차 유로를 경유한 가스가 빠져나가는 제1관통홀들 갖는 미들 플레이트; 및 상기 미들 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 상기 제1관통홀들을 통해 유입된 가스의 압력 및 반응 시간 조절을 위한 2차 유로들을 갖는 바텀 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 미들 플레이트는 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
또한, 상기 반응 유도 유닛은 상기 바텀 플레이트에 설치되고, 상기 2차 유로들과 연결되어 상기 2차 유로들을 경유한 가스를 기판 상으로 분사하는 분사 노즐을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분사 노즐은 상기 바텀 플레이트의 중앙에 형성된 슬롯에 탈부착 가능하게 설치되며, 바닥면에 다수의 분사홀들과, 측면에 상기 2차 유로들의 끝단과 연결되는 홈들을 가질 수 있다.
또한, 상기 미들 플레이트는 상기 1차 유로들이 상기 미들 플레이트의 중앙으로부터 가장자리로 향하도록 형성되고, 상기 제1관통홀들은 상기 1차 유로들 끝단에 형성될 수 있다.
또한, 상기 바텀 플레이트는 상기 2차 유로들이 상기 바텀 플레이트의 가장자리로부터 중앙을 향하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 2차 유로는 일단이 상기 제1관통홀과 연결되고 타단이 상기 분사 노즐과 연결될 수 있다.
또한, 상기 2차 유로는 길이, 턴(turn)수가 서로 다른 독립된 패스를 가질 수 있다.
또한, 상기 미들 플레이트는 중앙에 상기 1차 유로들이 연결되고 상기 가스 주입 포트를 통해 가스가 유입되는 중앙 광장부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 유로들은 격벽들에 의해 제공되고, 상기 2차 유로들은 홈 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 2차 유로는 상기 1차 유로보다 그 길이가 길 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나 이상의 가스 주입 포트를 갖는 탑 플레이트; 상기 탑 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 가스의 혼합 및 히팅을 위한 1차 유로들 및 상기 1차 유로를 경유한 가스가 빠져나가는 제1관통홀들 갖는 미들 플레이트; 상기 미들 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 상기 제1관통홀들을 통해 유입된 가스의 압력 및 반응 시간 조절을 위한 2차 유로들을 갖는 적어도 하나의 바텀 플레이트; 및 상기 바텀 플레이트에 설치되고, 상기 2차 유로들과 연결되어 상기 2차 유로들을 경유한 가스를 기판상으로 분사하는 분사 노즐을 포함하는 반응 유도 유닛을 제공하고자 한다.
또한, 상기 분사 노즐은 상기 바텀 플레이트의 중앙에 형성된 슬롯에 탈부착 가능하게 설치되며, 바닥면에 다수의 분사홀들과, 측면에 상기 2차 유로들의 끝단과 연결되는 홈들을 가질 수 있다.
또한, 상기 미들 플레이트는 상기 1차 유로들이 상기 미들 플레이트의 중앙으로부터 가장자리로 향하도록 형성되고, 상기 제1관통홀들은 상기 1차 유로들 끝단에 형성되며, 상기 바텀 플레이트는 상기 2차 유로들이 상기 바텀 플레이트의 가장자리로부터 중앙을 향하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 미들 플레이트는 중앙에 상기 1차 유로들이 연결되고 상기 가스 주입 포트를 통해 가스가 유입되는 중앙 광장부를 가질 수 있다.
또한, 상기 1차 유로들은 격벽들에 의해 제공되고, 상기 2차 유로들은 홈 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 복수개의 영역으로 구분되는 챔버 내에서의 박막 증착 방법에 있어서, 제 1 기판 상에 제 1 전구체를 제공하고, 제 2 기판 상의 제 2 전구체 일부를 퍼지 및 펌핑하고, 제 3 기판 상의 제 3 전구체 상에 제 3 라디컬을 제공하여 제 3 박막을 형성하고, 상기 제 4 기판의 제 4 박막 상에 잔존하는 제 4 라디컬을 퍼지 및 펌핑하는 제 1 단계; 상기 제 1 기판의 상기 제 1 전구체의 일부를 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 전구체 상에 제 2 라디컬을 제공하여 제 2 박막을 형성하고, 제 3 기판 상에 잔존하는 상기 제 3 라디컬을 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 4 기판의 상기 제 4 라디컬 상에 제 4 전구체를 제공하는 제 2 단계; 상기 제 1 기판의 상기 제 1 전구체 상에 제 1 라디컬을 제공하여 제 1 박막을 형성하고, 상기 제 2 기판 상에 잔존하는 상기 제 2 라디컬을 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 3 기판 상에 상기 제 3 전구체를 제공하고, 상기 제 4 기판 상의 제 4 전구체의 일부를 퍼지 및 펌핑하는 제 3 단계; 및 상기 제 1 기판 상에 잔존하는 상기 제 1 라디컬을 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 2 기판 상에 상기 제 2 전구체를 제공하고, 상기 제 3 기판 상의 상기 제 3 전구체의 일부를 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 4 기판 상의 상기 제 4 전구체 상에 상기 제 4 라디컬을 제공하여 제 4 박막을 형성하는 제 4 단계를 포함한다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 단계 내지 상기 제 4 단계는 500도에서 수행될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 전구체는 실란을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 4 라디컬은 수산화기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 박막 증착 방법은, 기판 내의 제 1 기판 상에 제 1 전구체와, 제 2 기판의 제 2 전구체 상에 제 2 라디컬을 각각 동시에 형성하여 상기 제 2 기판 상에 제 2 박막을 형성하는 제 1 단계; 및 상기 기판 내의 상기 제 1 전구체 상에 제 1 라디컬과, 상기 제 2 박막 상에 제 2 전구체를 각각 동시에 제공하여 상기 제 1 기판 상에 제 1 박막을 형성하는 제 2 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 두 가지 이상의 가스 반응에 적합한 압력, 반응 시간 그리고 온도 조건을 제공하고, 반응을 유도하여 넓은 공정 윈도우 확보 및 반응 생성물의 재결합을 최소화할 수 있어 박막 품질 및 로딩 이펙트(loading Effect)를 개선할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 박막 증착 방법은 520℃의 일정한 온도의 챔버 내에서 회전 이동되는 제 1 내지 제 4 기판 상에 제 1 내지 제 4 박막을 형성할 수 있기 때문에 로딩 이펙트를 방지하고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 서셉터의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 반응 유도 유닛들의 배면도이다.
도 4는 반응 유도 유닛의 사시도이다.
도 5는 반응 유도 유닛의 분해 사시도이다.
도 6은 반응 유도 유닛의 단면도이다.
도 7은 바텀 플레이트에 설치된 분사 노즐을 보여주는 평면도이다.
도 8은 냉매 유로가 형성된 플레이트를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 1의 기판 처리 장치에서의 박막 증착 방법을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 10은 도 1의 공정 챔버를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 1의 서샙터 및 제 1 내지 제 스테이지를 나타내는 사시도이다.
도 12는 제 1 내지 제 4 박막의 실리콘 산화막과, 종래의 실리콘 산화막의 형성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 제 1 내지 제 4 박막의 실리콘 산화막의 습식 식각율과 일반적인 실리콘 산화막의 습식 식각율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 상술한 본 발명이 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시 예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 각 도면은 명확한 설명을 위해 일부가 간략하거나 과장되게 표현되었다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 도시되었음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 기판 서셉터의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(process chamber)(100), 기판 지지부재(support member)인 기판 서셉터(200), 반응 유도 유닛들(300) 그리고 공급 부재(400)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 일측에 출입구(112)가 제공된다. 출입구(112)는 공정 진행시 기판(W)들의 출입이 이루어진다. 도시하지 않았지만, 공정 챔버(100)는 가장자리에 공정 챔버로 공급된 반응가스 및 증착 공정 중에 발생된 반응 분산물을 배기하기 위한 배기덕트가 제공될 수 있다. 일 예로, 배기덕트는 기판 서셉터(200)의 외측에 위치하는 링 타입으로 이루어질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 서셉터(200)는 공정 챔버(100)의 내부 공간에 설치된다. 일 예로, 기판 서셉터(200)는 4장의 기판들이 놓여지는 배치 타입으로 이루어진다. 기판 서셉터는 상부면에 기판들이 놓여지는 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)들이 형성된 원판형상으로 이루어진다. 기판 서셉터에 구비된 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)는 기판의 형상과 유사한 원형으로 이루어질 수 있다. 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)는 기판 서셉터(200)의 중앙을 중심으로 동심원상에 90도 간격으로 배치된다. 일 예로, 기판 서셉터(200)는 스테이지의 개수가 4개가 아닌 3개 또는 4개 이상이 적용될 수 있다.
기판 서셉터(200)는 회전축(280)과 연결된 구동부(290)에 의해 회전된다. 기판 서셉터(200)를 회전시키는 구동부(290)는 구동모터의 회전수와 회전속도를 제어할 수 있는 엔코더가 설치된 스텝핑 모터를 사용하는 것이 바람직하다.
도시하지 않았지만, 기판 서셉터(200)는 각각의 스테이지에서 기판(W)을 승강 및 하강시키는 복수의 리프트 핀(미도시됨)이 구비될 수 있다. 리프트 핀은 기판(W)을 승하강함으로써, 기판(W)을 기판 서셉터(200)의 스테이지로부터 이격시키거나, 스테이지에 안착시킨다.
도 1을 참조하면, 공급부재(400)는 제1가스 공급부재(410a)와 제2가스 공급부재(410b)를 포함할 수 있다. 제1가스 공급부재(410a)는 기판(w) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 제1반응 가스를 4개의 반응 유도 유닛들 각각으로 공급하며, 제2가스 공급부재(410b)는 제2반응 가스를 4개의 반응 유도 유닛들 각각으로 공급한다. 본 실시예에서는 2개의 서로 다른 반응가스를 공급하기 위해 2개의 가스공급부재가 사용되었으나, 공급하는 가스의 특성에 따르 2개 이상의 서로 다른 가스 또는 동일한 가스를 공급할 수 있도록 복수개의 가스공급부재가 적용될 수 있음은 당연하다.
도 3은 도 1에 도시된 반응 유도 유닛들의 배면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 반응 유도 유닛(300)은 기판 서셉터(200)에 놓여진 4장의 기판 각각으로 가스를 분사한다. 반응 유도 유닛(300)는 적어도 하나의 반응가스를 공급부재로부터 공급받을 수 있다. 반응 가스는 외부에서 예열 처리된 후 반응 유도 유닛(300)으로 공급될 수 있다. 일 예에 따르면, 반응 유도 유닛(300) 각각은 제1,2반응가스를 공급부재(400)로부터 공급받을 수 있다. 4개의 반응 유도 유닛(300)들은 전체적으로 원반 형상을 갖고, 각각은 90도 간격으로 구획된 부채꼴 모양으로, 저면에는 가스 분사구(312)들이 형성되어 있다.
예컨대, 반응 유도 유닛(300)들은 90도 간격의 부채꼴 형상을 하고 있으나, 본 발명은 이에 국한되는 것이 아니며 공정 목적이나 특성에 따라 45도 간격 또는 180도 간격으로 구성할 수도 있으며, 반응 챔버 형태에 따라 반응 유도 유닛 크기, 형태 및 설치 위치를 달리 구성할 수도 있다.
도 4 및 도 5는 반응 유도 유닛의 사시도 및 분해사시도이고, 도 6은 반응 유도 유닛의 단면도이며, 도 7은 바텀 플레이트에 설치된 분사 노즐을 보여주는 평면도이다.
도 4 내지 도 7에서와 같이, 반응 유도 유닛(300)은 적어도 3개 이상이 적층된 플레이트들에 의해 다층 복합 구조의 유로를 제공한다. 본 실시예에서는 3개의 플레이트가 적층된 다층 복합 구조를 예를 들어 설명한다. 하지만, 이는 일 예에 불과하며 플레이트의 개수는 2개 또는 4개 이상일 수 있다.
반응 유도 유닛(300)은 탑 플레이트(310), 미들 플레이트(320), 바텀 플레이트(330) 그리고 분사 노즐(350)을 포함하며, 탑 플레이트(310), 미들 플레이트(320) 그리고 바텀 플레이트(330)는 순차적으로 적층되게 설치된다.
탑 플레이트(310)는 3개의 주입 포트(312,314)를 갖는다. 2개의 주입 포트(312)는 반응 가스 주입을 위한 가스 주입 포트이고, 다른 하나의 주입 포트(314)는 반응 유도 유닛(300) 내부의 압력을 체크하기 위한 압력 포트이다.
미들 플레이트(320)는 탑 플레이트(310) 아래에 적층되게 설치된다. 미들 플레이트(320)는 가스의 혼합 및 히팅을 위한 1차 유로(322)들 및 1차 유로(322)를 경유하면서 혼합되고 히팅된 가스가 바텀 플레이트(330)의 2차 유로(332)로 흐르도록 제공되는 제1관통홀(324)들 포함한다.
1차 유로들은 미들 플레이트의 중앙 광장부(328)로부터 가장자리를 향하는 4개의 유로들을 포함하며, 제1관통홀(324)은 각 유로의 끝단에 형성된다. 1차 유로들은 격벽(326)들에 의해 제공된다. 중앙 광장부(328)는 미들 플레이트의 중앙에 위치되어 탑 플레이트의 가스 주입 포트를 통해 가스가 유입되는 공간으로, 4개의 1차 유로들과 연결된다.
본 실시예에서는 미들 플레이트(320)가 탑 플레이트(310)와 바텀 플레이트(330) 사이에 하나가 설치된 것으로 도시하고 설명하고 있으나, 이는 일 예에 불과하며 공급되는 가스의 개수, 특성에 따라 가스 혼합 그리고 온도 조절을 위해 유로의 형태, 길이가 다른 하나 이상이 적층되게 설치될 수 있으며 적층된 플레이트에 서로 다른 가스 및 동일한 가스가 공급될 수 있다.
바텀 플레이트(330)는 미들 플레이트(320) 아래에 적층되게 설치된다. 바텀 플레이트(330)는 4개의 제1관통홀(324)을 통해 유입된 가스의 압력 및 반응 시간 조절을 위한 4개의 2차 유로(332)들을 갖는다. 미들 플레이트(320)로부터 제공되는 가스는 4개의 2차 유로(332)들을 통과하면서 압력 및 반응 시간이 조절될 수 있다. 예를 들어, 가스 압력이 낮게 형성되는 경우, 2차 유로의 볼륨 축소, 턴(turn)수 증가, 길이 증가, 형상 변경 등을 통해 2차 유로에서의 가스 압력을 높일 수 있다. 이와는 반대로, 가스 압력이 높게 형성되는 경우, 2차 유로의 볼륨 확대, 턴(turn)수 감소, 길이 감소, 형상 변경 등을 통해 2차 유로에서의 가스 압력을 낮출 수 있다. 이렇게, 2차 유로에서 반응 시간 및 압력이 충족된 반응 가스는 분사 노즐로 제공된다.
2차 유로(332)들은 바텀 플레이트(330)의 가장자리로부터 중앙을 향하도록 형성된다. 2차 유로(332)의 일단은 미들 플레이트(320)의 관통홀(324)과 연결되고, 타단은 바텀 플레이트(330) 중앙에 설치되는 분사 노즐(350)과 연결된다.
2차 유로(332)들은 홈 형태로 제공될 수 있다. 그리고, 2차 유로(332)는 1차 유로(322)의 길이보다 그 길이가 긴 것을 특징으로 한다. 2차 유로(332)는 길이, 턴(turn)수가 서로 다른 독립된 패스 형태로 제공될 수 있다.
분사 노즐(350)은 바텀 플레이트(330)에 설치된다. 분사 노즐(350)은 4개의 2차 유로(332)들과 연결되어 2차 유로(332)들을 경유한 가스를 기판 상으로 분사한다. 분사 노즐(350)은 바텀 플레이트(330)의 중앙에 형성된 슬롯(338)에 탈부착 가능하게 설치된다. 분사 노즐(350)은 바닥면에 다수의 분사홀(352)들과, 양측면에 2차 유로(332)들의 끝단(335)과 연결되는 홈(354)들을 갖는다.
반응 유도 유닛(300)에서 반응 가스는 1차 유로 또는 2차 유로를 경유하는 과정에서 챔버 내부의 열전도에 의한 예열이 이루어질 수 있다.
도 8은 냉매 유로가 형성된 플레이트를 보여주는 도면이다.
도 8에서와 같이, 본 실시예에 따르면, 반응 유도 유닛을 구성하는 플레이트(380)에는 반응 가스가 흐르는 유로(382)와 인접하게 냉매 유로(384)가 형성될 수 있다. 냉매 유로(384)에는 외부의 냉매 공급 장치(900)로부터 제공되는 냉매가 순환하게 되면서 유로를 흐르는 가스를 쿨링할 수 있다. 이러한 냉매 유로(384)는 도 4에 도시된 반응 유도 유닛(300)의 미들 플레이트(320) 또는 바텀 플레이트(330) 상에 형성될 수 있다.
도 9는 도 1의 기판 처리 장치에서의 박막 증착 방법을 나타내는 플로우 챠트이다. 도 10은 도 1의 공정 챔버(100)를 나타내는 평면도이다. 도 11은 도 1의 서샙터 및 제 1 내지 제 스테이지를 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 9 내지 도 11을 참조하면, 제 1 기판(101) 상에 제 1 전구체를 제공하고, 제 2 기판(102) 상의 제 2 전구체의 일부분을 펌핑 및 퍼징하고, 제 3 기판(103) 상의 제 3 전구체 상에 제 3 라디컬을 제공하고, 제 4 기판(104) 상에 잔존하는 제 4 라디컬을 펌핑 및 퍼징한다(S10).
기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 서셉터(200), 반응 유도 유닛들(300) 그리고 공급 부재(400)를 포함한다. 공정 챔버(100)는 제 1 내지 제 4 영역(110-140)을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 내지 제 4 영역(110-140)은 각각 전구체 형성 영역, 전구체 펌핑 영역, 라디컬 형성 영역, 및 라디컬 펌핑 영역일 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(100)는 520℃ 내지 550℃의 온도에서 제 1 내지 제 4 기판(101-104)의 원자층 증착공정을 수행할 수 있다. 기판 서셉터(200)는 공정 챔버(100) 내에 배치될 수 있다. 공급 부재(400)는 공정 챔버(100) 내에 전구체 및 라디컬을 각각 제공할 수 있다. 공급 부재(400)는 전구체 공급 라인(410a)과 라디컬 공급라인(410b)을 포함할 수 있다. 전구체 공급 라인(410a)은 제 1 영역(110)에 연결될 수 있다. 라디컬 공급라인(410b)은 제 3 영역(130)에 연결될 수 있다. 일 예에 따르면, 반응 유도 유닛들(300)은 제 1 영역(110)과 제 3 영역(130) 내에 배치될 수 있다. 제 1 영역(110)에서는 제 1 내지 제 4 기판(101-104)에 대해 제 1 내지 제 4 전구체가 제공될 수 있다. 제 3 영역(130)에서는 제 1 내지 제 4 기판(101-104)에 대해 제 1 내지 제 4 라디컬이 제공될 수 있다. 제 1 내지 제 4 전구체와 제 1 내지 제 4 라디컬의 반응에 의해 제 1 제 1 내지 제 4 기판(101-104) 상에 제 1 내지 제 4 박막이 형성될 수 있다. 반응 유도 유닛들(300)은 샤워 헤드를 포함할 수 있다.
기판 서셉터(200)는 공정 챔버(100) 내에서 회전할 수 있다. 기판 서셉터(200)는 샤프트(280)와, 상기 샤프트(280) 상의 제 1 내지 제 4 스테이지(212a-212d)를 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 4 스테이지(212a-212d)는 제 1 내지 제 4 기판(101-104)을 각각 지지할 수 있다. 제 1 내지 제 4 스테이지(212a-212d)는 제 1 내지 제 4 영역(110-140)을 따라 이동될 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 기판(101-104)은 제 1 내지 제 4 영역(110-140) 내에 각각 배치될 수 있다.
제 1 영역(110) 내의 제 1 기판(101) 상에는 제 1 전구체가 형성될 수 있다. 제 1 전구체는 제 1 기판(101)의 전면에 형성될 수 있다. 제 2 영역(120) 내의 제 2 기판(101) 상의 제 2 전구체는 소정의 진공압으로 펌핑될 수 있다. 또한, 제 2 기판(102) 상에 퍼지 가스가 제공될 수 있다. 제 3 영역(130) 내의 제 3 기판(103)의 제 3 전구체 상에 제 3 라디컬이 제공될 수 있다. 여기서, 제 1 내지 제 3 전구체는 제 1 내지 제 3 기판(101-103) 상에 형성되는 동일한 종류의 전구체로서, 실란(SiH4) 또는 염화 티탄늄(TiCl4)을 포함할 수 있다. 제 3 라디컬은 수산화기(OH) 또는 아민기(NH) 를 포함할 수 있다. 제 3 전구체와 제 3 라디컬은 반응될 수 있다. 예를 들어, 제 3 기판(103) 상에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 질화 티타늄(TiN)의 제 3 박막이 형성되고, 염산(HCl)의 반응 후 가스가 형성될 수 있다. 제 4 영역(140) 내의 제 4 기판(104) 상에 잔존하는 제 4 라디컬과, 반응 후 가스가 펌핑될 수 있다. 제 4 기판(104) 상에 퍼지 가스가 제공될 수 있다. 그 전에, 도시되지 않았지만, 제 4 기판(104) 상에 제 4 전구체와 제 4 라디컬을 제공하여 제 4 박막이 형성될 수 있다. 제 4 라디컬은 동일할 수 있다.
그리고, 제 1 스테이지(212a)는 샤프트(280)의 회전에 의해 제 2 영역(120)으로 이동하고, 제 2 스테이지(212b)는 제 3 영역(130)으로 이동하고, 제 3 스테이지(212c)는 제 4 영역(140)으로 이동하고, 제 4 스테이지(212d)는 제 1 영역(110)으로 이동할 수 있다. 제 1 내지 제 4 기판(101-104)은 제 1 내지 제 4 영역(110-140)을 순차적으로 이동될 수 있다. 때문에, 제 1 내지 제 4 기판(101-104)의 공정 대기 시간을 최소화할 수 있다. 제 1 내지 제 4 기판(101)의 로딩 이펙트는 제거 또는 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 형성 방법은, 생산성을 향상시킬 수 있다.
다음, 제 1 기판(101) 상의 제 1 전구체의 일부분을 펌핑 및 퍼징하고, 제 2 기판(102) 상의 상기 제 2 전구체 상에 제 2 라디컬을 제공하고, 제 3 기판(103) 상에 잔존하는 제 3 라디컬을 펌핑 및 퍼징하고, 제 4 기판(104) 상에 제 4 전구체를 제공한다(S20). 제 1 전구체는 제 1 기판(101)의 표면에 흡착될 수 있다. 제 1 기판(101)의 표면에 흡착되지 않은 제 1 전구체는 펌핑 배기되거나, 퍼지 가스에 의해 퍼징될 수 있다. 제 2 전구체 및 제 2 라디컬의 반응에 의해 제 2 기판(102) 상에 제 2 박막이 형성될 수 있다. 제 2 박막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 질화 티타늄을 포함할 수 있다. 제 3 기판(1030 상의 제 3 라디컬은 펌핑 또는 퍼징에 의해 공정 챔버(100) 내에서 배출될 수 있다. 제 4 전구체는 제 1 내지 제 3 전구체와 동일할 수 있다.
그 후에, 제 1 스테이지(212a)는 제 3 영역(130)으로 이동하고, 제 2 스테이지(212b)는 제 4 영역(140)으로 이동하고, 제 3 스테이지(212c)는 제 1 영역(110)으로 이동하고, 제 4 스테이지(212d)는 제 2 영역(120)으로 이동할 수 있다.
그 다음, 제 1 기판(101)의 제 1 전구체 상에 제 1 라디컬을 제공하고, 제 2 기판(102) 상에 잔존하는 제 2 라디컬을 펌핑 및 퍼징하고, 제 3 기판(103)의 제 3 라디컬 상에 제 3 전구체를 제공하고, 제 4 기판(104) 상의 제 4 전구체의 일부를 펌핑한다(S30). 제 1 기판(101)에는 제 1 전구체와 제 1 라디컬의 반응에 의해 제 1 박막이 형성될 수 있다. 제 1 박막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 질화 티타늄을 포함할 수 있다. 제 2 기판(102) 상의 제 2 라디컬은 펌핑 또는 퍼징에 의해 공정 챔버(100)의 외부로 배출될 수 있다. 제 3 전구체는 제 3 기판(103) 상에 흡착될 수 있다. 제 4 기판(104)의 표면에 흡착되지 않은 제 4 전구체는 펌핑 또는 퍼징에 의해 제거될 수 있다.
이후에, 제 1 스테이지(212a)는 제 3 영역(130)으로 이동하고, 제 2 스테이지(212b)는 제 4 영역(140)으로 이동하고, 제 3 스테이지(212c)는 제 1 영역(110)으로 이동하고, 제 4 스테이지(212d)는 제 2 영역(120)으로 이동할 수 있다.
제 1 기판(101) 상의 제 1 라디컬을 펌핑 및 퍼징하고, 제 2 기판(102) 상의 제 2 라디컬 상에 제 2 전구체를 제공하고, 제 3 기판(103) 상의 제 3 전구체의 일부를 펌핑 및 퍼징하고, 제 4 기판(104) 상의 제 4 전구체 상에 제 4 라디컬을 제공한다(S40). 제 1 기판(101) 상에 잔존하는 제 1 라디컬은 펌핑 또는 퍼징에 의해 공정 챔버(100) 내에서 제거될 수 있다. 제 2 전구체는 제 2 박막 또는 제 2 기판(102) 상에 흡착될 수 있다. 제 2 박막 또는 제 3 기판(103)에 흡착되지 않은 제 3 전구체는 펌핑 또는 퍼징에 의해 공정 챔버(100) 내에서 제거될 수 있다. 제 2 박막 또는 제 3 기판(103)에 흡착된 제 3 전구체는 제 3 기판(103) 상에 잔존할 수 있다. 제 4 전구체 및 제 4 라디컬은 제 4 기판(104) 상에 제 4 박막을 형성할 수 있다.
그리고, 제 1 내지 제 4 기판(101-104)은 제 1 내지 제 4 영역(110-140)을 따라 순차적으로 이동되고, 제 1 내지 제 4 기판(101-104) 상에 소정 두께의 제 1 내지 제 4 박막이 형성될 수 있다.
도 12는 제 1 내지 제 4 박막의 실리콘 산화막과, 종래의 실리콘 산화막의 형성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 가로축은 온도이고, 세로축은 실리콘 산화막 형성 비율을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 제 1 내지 제 4 박막의 실리콘 산화막(10)은 520℃에서 형성될 수 있다. 반면, 종래의 실리콘 산화막(20)은 570℃에서 형성될 수 있다.
도 13은 제 1 내지 제 4 박막의 실리콘 산화막(10)의 습식 식각율과 일반적인 실리콘 산화막의 습식 식각율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 제 1 내지 제 4 박막의 실리콘 산화막의 습식 식각율은 일반적인 실리콘 산화막의 습식 식각율보다 낮을 수 있다. 습식 식각율의 차이는 실리콘 산화막의 밀도에 의해 발생될 수 있다. 밀도가 낮은 일반적인 실리콘 산화막은 밀도가 높은 제 1 내지 제 4 박막의 실리콘 산화막의 실리콘 산화막에 비해 높은 습식 식각율을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은 고밀도의 실리콘 산화막을 형성하는 방법이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지며, 회전축에 연결되어 회전되는 기판 서셉터;
    상기 기판 서셉터 저면에 위치되는 히터 부재; 및
    상기 기판 서셉터에 놓여진 복수의 기판들 각각에 대응하는 위치에서 기판의 처리면으로 가스를 분사하는 반응 유도 유닛들을 포함하되;
    상기 반응 유도 유닛은
    적어도 3개 이상이 적층된 플레이트들에 의해 다층 복합 구조의 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 유도 유닛은
    적어도 하나 이상의 가스 주입 포트를 갖는 탑 플레이트;
    상기 탑 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 가스의 혼합 및 히팅을 위한 1차 유로들 및 상기 1차 유로를 경유한 가스가 빠져나가는 제1관통홀들 갖는 미들 플레이트; 및
    상기 미들 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 상기 제1관통홀들을 통해 유입된 가스의 압력 및 반응 시간 조절을 위한 2차 유로들을 갖는 바텀 플레이트를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는 적어도 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 반응 유도 유닛은
    상기 바텀 플레이트에 설치되고, 상기 2차 유로들과 연결되어 상기 2차 유로들을 경유한 가스를 기판 상으로 분사하는 분사 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분사 노즐은
    상기 바텀 플레이트의 중앙에 형성된 슬롯에 탈부착 가능하게 설치되며,
    바닥면에 다수의 분사홀들과, 측면에 상기 2차 유로들의 끝단과 연결되는 홈들을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는
    상기 1차 유로들이 상기 미들 플레이트의 중앙으로부터 가장자리로 향하도록 형성되고,
    상기 제1관통홀들은 상기 1차 유로들 끝단에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 바텀 플레이트는
    상기 2차 유로들이 상기 바텀 플레이트의 가장자리로부터 중앙을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 2차 유로는 일단이 상기 제1관통홀과 연결되고 타단이 상기 분사 노즐과 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 2차 유로는 길이, 턴(turn)수가 서로 다른 독립된 패스를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는
    중앙에 상기 1차 유로들이 연결되고 상기 가스 주입 포트를 통해 가스가 유입되는 중앙 광장부를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 1차 유로들은 격벽들에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 2차 유로들은 홈 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 2차 유로는 상기 1차 유로보다 그 길이가 긴 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 반응 유도 유닛에 있어서:
    적어도 하나 이상의 가스 주입 포트를 갖는 탑 플레이트;
    상기 탑 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 가스의 혼합 및 히팅을 위한 1차 유로들 및 상기 1차 유로를 경유한 가스가 빠져나가는 제1관통홀들 갖는 미들 플레이트;
    상기 미들 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 상기 제1관통홀들을 통해 유입된 가스의 압력 및 반응 시간 조절을 위한 2차 유로들을 갖는 적어도 하나의 바텀 플레이트; 및
    상기 바텀 플레이트에 설치되고, 상기 2차 유로들과 연결되어 상기 2차 유로들을 경유한 가스를 기판상으로 분사하는 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 유도 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분사 노즐은
    상기 바텀 플레이트의 중앙에 형성된 슬롯에 탈부착 가능하게 설치되며,
    바닥면에 다수의 분사홀들과, 측면에 상기 2차 유로들의 끝단과 연결되는 홈들을 갖는 것을 특징으로 하는 반응 유도 유닛.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는
    상기 1차 유로들이 상기 미들 플레이트의 중앙으로부터 가장자리로 향하도록 형성되고,
    상기 제1관통홀들은 상기 1차 유로들 끝단에 형성되며,
    상기 바텀 플레이트는
    상기 2차 유로들이 상기 바텀 플레이트의 가장자리로부터 중앙을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반응 유도 유닛.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 미들 플레이트는
    중앙에 상기 1차 유로들이 연결되고 상기 가스 주입 포트를 통해 가스가 유입되는 중앙 광장부를 가지며,
    상기 1차 유로들은 격벽들에 의해 제공되고,
    상기 2차 유로들은 홈 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 반응 유도 유닛.
  18. 복수개의 영역으로 구분되는 챔버 내에서의 박막 증착 방법에 있어서,
    제 1 기판 상에 제 1 전구체를 제공하고, 제 2 기판 상의 제 2 전구체 일부를 퍼지 및 펌핑하고, 제 3 기판 상의 제 3 전구체 상에 제 3 라디컬을 제공하여 제 3 박막을 형성하고, 상기 제 4 기판의 제 4 박막 상에 잔존하는 제 4 라디컬을 퍼지 및 펌핑하는 제 1 단계;
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 전구체의 일부를 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 전구체 상에 제 2 라디컬을 제공하여 제 2 박막을 형성하고, 제 3 기판 상에 잔존하는 상기 제 3 라디컬을 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 4 기판의 상기 제 4 라디컬 상에 제 4 전구체를 제공하는 제 2 단계;
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 전구체 상에 제 1 라디컬을 제공하여 제 1 박막을 형성하고, 상기 제 2 기판 상에 잔존하는 상기 제 2 라디컬을 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 3 기판 상에 상기 제 3 전구체를 제공하고, 상기 제 4 기판 상의 제 4 전구체의 일부를 퍼지 및 펌핑하는 제 3 단계; 및
    상기 제 1 기판 상에 잔존하는 상기 제 1 라디컬을 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 2 기판 상에 상기 제 2 전구체를 제공하고, 상기 제 3 기판 상의 상기 제 3 전구체의 일부를 퍼지 및 펌핑하고, 상기 제 4 기판 상의 상기 제 4 전구체 상에 상기 제 4 라디컬을 제공하여 제 4 박막을 형성하는 제 4 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 내지 상기 제 4 단계는 520도에서 수행되고,
    상기 제 1 내지 제 4 전구체는 실란을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 4 라디컬은 수산화기를 포함하는 박막 증착 방법.
  20. 기판 내의 제 1 기판 상에 제 1 전구체와, 제 2 기판의 제 2 전구체 상에 제 2 라디컬을 각각 동시에 형성하여 상기 제 2 기판 상에 제 2 박막을 형성하는 제 1 단계; 및
    상기 기판 내의 상기 제 1 전구체 상에 제 1 라디컬과, 상기 제 2 박막 상에 제 2 전구체를 각각 동시에 제공하여 상기 제 1 기판 상에 제 1 박막을 형성하는 제 2 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
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