KR20090055443A - Atomic layer deposition apparatus - Google Patents

Abstract

Translated fromKorean

UV 에너지를 이용하여 소스가스를 라디칼로 분해하는 원자층 증착 장치가 개시된다. 원자층 증착 장치는 자외선을 조사하여 소스가스를 라디칼로 분해시키는 라디칼 발생부를 포함하고, 라디칼로 분해된 소스가스와 다른 소스가스를 교대로 공급함으로써 박막을 증착한다. 따라서, 소스가스의 반응성을 증가시킴으로써 증착 공정의 처리 속도와 반응효율을 향상시키고, 증착된 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.Disclosed is an atomic layer deposition apparatus that decomposes a source gas into radicals using UV energy. The atomic layer deposition apparatus includes a radical generating unit that decomposes a source gas into radicals by irradiating ultraviolet rays, and deposits a thin film by alternately supplying a source gas decomposed into radicals and another source gas. Therefore, by increasing the reactivity of the source gas it is possible to improve the processing speed and reaction efficiency of the deposition process, and to improve the quality of the deposited thin film.

Description

Translated fromKorean

원자층 증착 장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}Atomic Layer Deposition Apparatus {ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소스가스를 라디칼로 분해하여 증착효율과 품질을 향상시키는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atomic layer deposition apparatus, and more particularly, to an atomic layer deposition apparatus for decomposing a source gas into radicals to improve deposition efficiency and quality.

최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등을 이루어야 한다. 특히, 기판 표면에 단차가 형성되어 있는 경우 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(step coverage)과 단차도포성 및 웨이퍼 내 균일성(within wafer uniformity)의 확보는 매우 중요하다. 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방법이 제안되고 있다.Recently, as the degree of integration of semiconductor devices increases in the semiconductor manufacturing process, the demand for micromachining increases. That is, in order to form a fine pattern and to highly integrate cells on one chip, it is necessary to reduce the thickness of the thin film and develop a new material having a high dielectric constant. In particular, when a step is formed on the surface of the substrate, it is very important to secure step coverage, step coverage, and within wafer uniformity that smoothly cover the surface. In order to satisfy such requirements, an atomic layer deposition (ALD) method, which is a method of forming a thin film having a small thickness in atomic layer units, has been proposed.

원자층 증착 공정은 두 가지 이상의 소스가스를 각각 교대로 유입시키고, 각 소스가스의 유입 사이에 불활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써 소스가스들이 기체 상태에서 혼합되는 것을 방지한다. 즉, 하나의 소스가스가 기판 표면에 화학 적으로 흡착(chemical adsorption)된 상태에서 후속하여 다른 하나의 소스가스가 반응함으로써 기판 표면에 한층의 원자층이 생성된다. 그리고, 이와 같은 공정을 한 주기로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복한다.The atomic layer deposition process alternately introduces two or more source gases, and prevents the source gases from mixing in the gas state by introducing a purge gas, which is an inert gas, between the inflows of each source gas. In other words, one source gas is chemically adsorbed onto the surface of the substrate, and then another source gas is subsequently reacted to generate one atomic layer on the surface of the substrate. Then, this process is repeated at one cycle until a thin film having a desired thickness is formed.

그러나, 기존의 원자층 증착 공정은 소스가스의 반응성이 약하여 다양한 종류의 물질을 이용하여 박막을 형성하기가 어려운 문제점이 있다.However, the conventional atomic layer deposition process has a problem that it is difficult to form a thin film using various kinds of materials because the reactivity of the source gas is weak.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 플라즈마 또는 열처리를 통하여 소스가스의 반응성을 향상시키는 방법이 있다. 그러나, 플라즈마를 이용하는 경우, 플라즈마 입자가 기판에 직접 충돌하여 기판을 손상시키게 된다. 그리고, 열처리를 이용하는 경우, 고온에 의해 기판이 손상되는 문제점이 있다.In order to solve such a problem, there is a method of improving the reactivity of the source gas through plasma or heat treatment. However, when plasma is used, plasma particles collide directly with the substrate and damage the substrate. In addition, when using heat treatment, there is a problem that the substrate is damaged by high temperature.

또한, 이와 같은 플라즈마 처리 또는 열처리를 하기 위해서는 원래의 원자층 증착 공정에 공정이 추가되므로, 생산성이 저하되고, 시간이 증가하는 문제점이 있다.In addition, since the process is added to the original atomic layer deposition process in order to perform such a plasma treatment or heat treatment, there is a problem that productivity is lowered and time is increased.

더불어, 이와 같은 플라즈마 또는 열처리를 수행하기 위한 장비들이 추가되어야 하며, 상술한 플라즈마 또는 열처리 시의 기판 손상을 방지하기 위한 장비들이 추가되어야 한다. 이는 원자층 증착 장치의 구조를 복잡하게 하고, 생산 비용을 증가시키는 문제점을 야기시키게 된다.In addition, equipment for performing such plasma or heat treatment should be added, and equipment for preventing substrate damage in the above-described plasma or heat treatment should be added. This complicates the structure of the atomic layer deposition apparatus and causes a problem of increasing the production cost.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소스가스를 라디칼로 분해하여 소스가스의 반응성을 증가시키는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide an atomic layer deposition apparatus for increasing the reactivity of the source gas by decomposing the source gas into radicals.

또한, 본 발명은 반응성이 낮은 박막을 증착할 수 있고, 박막 증착에 사용할 수 있는 화학종의 수를 증가시킬 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides an atomic layer deposition apparatus capable of depositing a thin film having low reactivity and increasing the number of chemical species that can be used for thin film deposition.

또한, 본 발명은 플라즈마 또는 열에 의한 기판 손상이 없는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide an atomic layer deposition apparatus without substrate damage by plasma or heat.

또한, 본 발명은 소스가스의 반응성을 증가시키기 위한 추가 구조로 인해 증가 또는 구조적으로 복잡하지 않은 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.It is also an object of the present invention to provide an atomic layer deposition apparatus which is not increased or structurally complicated due to the additional structure for increasing the reactivity of the source gas.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자층 증착 장치는, 기판을 수용하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 복수의 기판을 지지하는 서셉터, 상기 기판으로 서로 다른 복수의 소스가스를 제공하는 샤워헤드 및 상기 샤워헤드에 구비되되, 상기 프로세스 챔버 내로 자외선을 조사하여 상기 적어도 하나의 소스가스를 라디칼로 분해시키는 라디칼 발생부를 포함한다.According to embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, the atomic layer deposition apparatus, a process chamber for receiving a substrate, a susceptor provided in the process chamber to support a plurality of substrates, the substrate And a shower head provided in the shower head and the shower head providing a plurality of different source gases, and radiating ultraviolet rays into the process chamber to decompose the at least one source gas into radicals.

실시예에서, 상기 라디칼 발생부는 자외선을 발생시키는 자외선 램프와, 상 기 자외선 램프를 수용하고, 반사면이 형성된 하우징 및 상기 하우징과 상기 프로세스 챔버를 분리시키는 석영 플레이트를 포함한다.In an embodiment, the radical generating unit includes an ultraviolet lamp for generating ultraviolet rays, a housing accommodating the ultraviolet lamp, and a quartz plate separating the housing and the process chamber, the housing having a reflective surface formed thereon.

여기서, 상기 반사면은 상기 자외선을 하나의 기판으로 집광시키도록 형성된다. 예를 들어, 상기 반사면은 상기 기판을 향해 오목하게 형성된 파라볼릭(parabolic) 형태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 자외선은 상기 기판을 향해 집광되되, 평행한 광선이 조사된다.Here, the reflective surface is formed to focus the ultraviolet light onto one substrate. For example, the reflective surface may have a parabolic shape concave toward the substrate. Therefore, the ultraviolet rays are focused toward the substrate, but parallel rays are radiated.

실시예에서, 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판 주변에는 상기 자외선이 확산을 방지하기 위한 차단 플레이트가 구비될 수 있다.In an embodiment, a blocking plate may be provided around the substrate in the process chamber to prevent the ultraviolet rays from diffusing.

실시예에서, 상기 라디칼 발생부는 상기 소스영역 중 하나의 소스영역에 구비된다.In an embodiment, the radical generator is provided in one of the source regions.

본 발명에 따르면, 첫째, 소스가스를 라디칼로 분해시킴으로써, 소스가스의 반응성을 증가시켜, 박막의 증착속도 및 반응특성을 개선할 수 있다.According to the present invention, first, by decomposing the source gas into radicals, by increasing the reactivity of the source gas, it is possible to improve the deposition rate and reaction characteristics of the thin film.

또한, 증착된 박막의 조직이 치밀하고, 불순물 함량이 낮은 박막을 얻을 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage in that the structure of the deposited thin film is dense and a low impurity content can be obtained.

둘째, 라디칼로 분해된 소스가스는 높은 에너지를 가지고 있으므로 열에너지만으로는 반응이 잘 일어나지 않는 소스가스를 이용하여 박막을 증착할 수 있으며, 기판에 증착시킬 수 있는 소스가스의 종류를 증가할 수 있다.Second, since the source gas decomposed into radicals has a high energy, the thin film can be deposited using a source gas that does not easily react with only thermal energy, and the type of source gas that can be deposited on a substrate can be increased.

셋째, 자외선이 조사됨으로써 상기 기판 표면에 부착되어 있는 유기물 오염을 제거하므로 세정 효과를 얻을 수 있다. 더불어, 증착된 박막 내의 불순물 제거 효과가 있어서, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.Third, since the ultraviolet rays are irradiated to remove the organic contamination attached to the surface of the substrate can be obtained a cleaning effect. In addition, there is an effect of removing impurities in the deposited thin film, thereby improving the quality of the thin film.

넷째, 라디칼 발생부는 자외선 램프와 하우징의 단순한 구조로서, 원자층 증착 장치의 구조를 복잡하게 하지 않으며, 라디칼 발생부의 설치를 위해 추가적인 비용 발생이 많지 않다.Fourth, the radical generator is a simple structure of the ultraviolet lamp and the housing, does not complicate the structure of the atomic layer deposition apparatus, and does not incur additional costs for installation of the radical generator.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착 장치에서 라디칼 발생부를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a radical generator in the atomic layer deposition apparatus of FIG. 1.

도 1과 도2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 1 and 2, the atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1을 참조하면, 원자층 증착 장치(100)는, 프로세스 챔버(101), 서셉터(103), 샤워헤드(102) 및 라디칼 발생부(150)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the atomiclayer deposition apparatus 100 includes aprocess chamber 101, asusceptor 103, ashowerhead 102, and aradical generator 150.

상기 프로세스 챔버(101)는 기판(10)을 수용하고, 상기 기판(10)에 대한 박 막 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다.Theprocess chamber 101 accommodates asubstrate 10 and provides a space in which a thin film deposition process is performed on thesubstrate 10.

여기서, 상기 기판(10)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.Here, thesubstrate 10 may be a silicon wafer to be a semiconductor substrate.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형태 또는 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and thesubstrate 10 may be a glass substrate for a flat panel display device such as an LCD and a PDP. In addition, thesubstrate 10 is not limited in shape or size by the drawings, and may have substantially various shapes and sizes, such as circular and rectangular plates.

상기 서셉터(103)는 상기 기판(10)을 고정시킨다. 예를 들어, 상기 서셉터(103)는 복수의 기판(10)을 동시에 지지하여 증착 공정이 수행되는 세미배치(semi batch) 타입일 수 있다. 또한, 상기 서셉터(103)는 원형 플레이트 형태를 가지며, 4개의 기판(10)이 상기 서셉터(103)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수 있다.Thesusceptor 103 fixes thesubstrate 10. For example, thesusceptor 103 may be a semi batch type in which a deposition process is performed by simultaneously supporting a plurality ofsubstrates 10. In addition, thesusceptor 103 may have a circular plate shape, and foursubstrates 10 may be disposed radially along the circumferential direction of thesusceptor 103.

상기 샤워헤드(102)는 상기 프로세스 챔버(101)의 상면을 구성하고, 상기 기판(10)으로 서로 다른 복수의 소스가스를 제공하는 소스라인(115, 125)과 퍼지가스를 제공하는 퍼지라인(135)이 연결된다.Theshower head 102 constitutes an upper surface of theprocess chamber 101, andsource lines 115 and 125 for providing a plurality of different source gases to thesubstrate 10 and a purge line for providing purge gas ( 135) is connected.

한편, 원자층 증착 공정은 상기 기판(10) 상에 형성하고자 하는 박막의 조성물질인 물질 A를 포함하는 제1 소스가스와 물질 B를 포함하는 제2 소스가스를 각각 상기 기판(10)으로 제공하여, 상기 기판(10) 표면에서 상기 물질 A와 상기 물질 B가 화학적으로 반응하도록 함으로써 화합물A+B로 이루어지는 박막이 형성된다.Meanwhile, in the atomic layer deposition process, the first source gas including the material A, which is a composition of a thin film to be formed on thesubstrate 10, and the second source gas including the material B, are provided to thesubstrate 10, respectively. Thus, a thin film made of compound A + B is formed by chemically reacting the material A and the material B on the surface of thesubstrate 10.

이하, 본 실시예에서는 편의상 서로 다른 2 종류의 소스가스와 1 종류의 퍼지가스를 사용하는 원자층 증착 장치를 중심으로 설명한다.For convenience, the present embodiment will be described with reference to an atomic layer deposition apparatus using two different source gases and one type of purge gas for convenience.

여기서, 상기 소스가스는 상기 기판(10)의 종류 또는 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 달라질 수 있다.Here, the source gas may vary depending on the type of thesubstrate 10 or the type of thin film to be deposited.

예를 들어, 상기 제1 소스가스는 알루미늄(Al), 규소(Si), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge) 등을 포함하는 가스 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다.For example, the first source gas is any one of a gas including aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), gallium (Ga), germanium (Ge), or a mixture of two or more gases. Can be used.

그리고, 상기 제2 소스가스는 상기 제1 소스가스와 화학적으로 반응하는 박막의 구성 물질을 포함하는 가스이다. 예를 들어, 상기 제2 소스가스는 산소 가스(O2) 또는 수증기(H2O)일 수 있다.The second source gas is a gas including a constituent material of a thin film chemically reacting with the first source gas. For example, the second source gas may be oxygen gas (O 2) or water vapor (H 2 O).

그리고, 상기 퍼지가스는 미반응 소스가스와 증착 공정에서 발생하는 부산물 등을 퍼지시키기 위한 가스로서, 예를 들어, 상기 퍼지가스는 상기 소스가스와 화학적으로 반응이 발생하지 않는 아르곤(Ar) 또는 질소 가스(N2)와 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.The purge gas is a gas for purging unreacted source gas and by-products generated in a deposition process. For example, the purge gas is argon (Ar) or nitrogen which does not chemically react with the source gas. An inert gas such as gas N2 can be used.

상기 샤워헤드(102)는 상기 소스가스와 상기 퍼지가스를 각각 독립적으로 분사하도록 형성된다.Theshower head 102 is formed to independently spray the source gas and the purge gas.

상세하게는, 상기 샤워헤드(102)는 상기 제1 소스가스를 분사하는 제1 소스영역(110)과 상기 제2 소스가스를 분사하는 제2 소스영역(120) 및 상기 퍼지가스를 분사하는 퍼지영역(130)을 포함한다.In detail, theshower head 102 includes afirst source region 110 for injecting the first source gas, asecond source region 120 for injecting the second source gas, and a purge for injecting the purge gas.Region 130.

상기 소스영역(110, 120)은 상기 소스가스들이 기체 상태에서 혼합되는 것을 방지할 수 있도록 배치된다. 일 예로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 각 소스영역(110, 120)은 서로 이격된 위치에 배치되고, 상기 각 소스영역(110, 120) 사이 에는 2 개의 퍼지영역(131, 132)가 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 샤워헤드(102)는 원주 방향을 따라 상기 제1 소스영역(110), 제1 퍼지영역(131), 상기 제2 소스영역(120), 제2 퍼지영역(132)의 4 부분으로 구획된다.Thesource regions 110 and 120 are disposed to prevent the source gases from being mixed in a gaseous state. For example, as shown in FIG. 1, thesource regions 110 and 120 are disposed at positions spaced apart from each other, and twopurge regions 131 and 132 are disposed between thesource regions 110 and 120. May be disposed respectively. That is, theshower head 102 is divided into four portions of thefirst source region 110, thefirst purge region 131, thesecond source region 120, and thesecond purge region 132 along the circumferential direction. Compartment.

여기서, 상기 제1 소스영역(110)에서는 상기 제1 소스가스에 포함된 물질 A가 상기 기판(10)에 물리적으로 흡착된다. 그리고, 상기 제2 소스영역(120)에서는 상기 제2 소스가스에 포함된 물질 B가 상기 물질 A와 화학적으로 반응하면서, 화합물 A+B로 이루어진 박막이 상기 기판(10)에 증착된다. 그리고, 상기 퍼지영역(130)은 상기 제1 소스영역(110)과 상기 제2 소스영역(120)을 분리시킬 뿐만 아니라, 상기 각 소스영역(100, 120)을 통과한 상기 기판(10)이 다음 소스영역(110, 120)으로 유입되기 이전에 상기 기판(10) 표면에 존재하는 미반응 소스가스를 퍼지시키는 역할을 한다. 따라서, 상기 기판(10)은 상기 소스영역(110, 120)과 상기 퍼지영역(130)을 순차적으로 통과함에 따라 상기 기판(10) 표면에 박막이 증착된다.Here, in thefirst source region 110, material A included in the first source gas is physically adsorbed onto thesubstrate 10. In thesecond source region 120, a material B included in the second source gas chemically reacts with the material A, and a thin film made of compound A + B is deposited on thesubstrate 10. In addition, thepurge region 130 not only separates thefirst source region 110 and thesecond source region 120, but also thesubstrate 10 passing through each of thesource regions 100 and 120. It serves to purge the unreacted source gas existing on the surface of thesubstrate 10 before flowing into thenext source regions 110 and 120. Accordingly, a thin film is deposited on the surface of thesubstrate 10 as thesubstrate 10 sequentially passes through thesource regions 110 and 120 and thepurge region 130.

상기 프로세스 챔버(101) 내부에는 미반응 소스가스나 증착 공정 동안 발생할 수 있는 반응 부산물 등과 같은 배기가스를 배기시키기 위한 배기포트(140)가 구비된다. 예를 들어, 상기 배기포트(140)는 상기 샤워헤드(102)의 중앙 부분에 구비된다.Theprocess chamber 101 is provided with anexhaust port 140 for exhausting exhaust gases such as unreacted source gas or reaction by-products that may occur during the deposition process. For example, theexhaust port 140 is provided at the central portion of theshower head 102.

또한, 상기 배기포트(140)는 상기 프로세스 챔버(101) 내의 배기가스를 흡입하기 위한 복수의 배기홀(142)이 형성된 배기챔버(141)를 포함한다. 상기 배기챔버(141)는 상기 프로세스 챔버(101) 내부와 연통되도록 상기 샤워헤드(102)를 관통 하여 구비되고, 일단에는 배기펌프(미도시)와 연통시키는 배기라인(145)이 연결된다. 그리고, 상기 배기펌프에 의해 제공되는 흡입력에 의해 상기 배기가스가 상기 배기챔버(141)로 흡입되고, 상기 배기라인(145)을 통해 외부로 배출시키게 된다.In addition, theexhaust port 140 includes anexhaust chamber 141 in which a plurality ofexhaust holes 142 are formed to suck the exhaust gas in theprocess chamber 101. Theexhaust chamber 141 is provided through theshower head 102 to communicate with the inside of theprocess chamber 101, and anexhaust line 145 connected to an exhaust pump (not shown) is connected at one end thereof. In addition, the exhaust gas is sucked into theexhaust chamber 141 by the suction force provided by the exhaust pump, and is discharged to the outside through theexhaust line 145.

물론, 상기 배기포트(140)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 프로세스 챔버(101) 내에서 실질적으로 다양한 위치에 구비될 수 있다.Of course, the position of theexhaust port 140 is not limited thereto, and may be provided at substantially various positions in theprocess chamber 101.

상기 서셉터(103)는 상기 샤워헤드(102)에 대해 회전 가능하게 구비된다. 즉, 상기 서셉터(103)가 회전하면서 상기 기판(10)이 상기 소스영역(110, 120)들과 상기 퍼지영역(131, 132)들을 순차적으로 통과하여, 상기 기판(10) 표면에서 박막이 증착된다.Thesusceptor 103 is rotatably provided with respect to theshower head 102. That is, as thesusceptor 103 rotates, thesubstrate 10 sequentially passes through thesource regions 110 and 120 and thepurge regions 131 and 132 so that a thin film is formed on the surface of thesubstrate 10. Is deposited.

상기 라디칼 발생부(150)는 상기 샤워헤드(102)에 구비된다. 특히, 상기 라디칼 발생부(150)는 상기 제2 소스가스를 라디칼로 분해시킬 수 있도록 상기 제2 소스영역(120)에 구비된다.Theradical generator 150 is provided in theshower head 102. In particular, theradical generator 150 is provided in thesecond source region 120 to decompose the second source gas into radicals.

여기서, 상기 라디칼 발생부(150)는 상기 소스가스 중 어느 하나의 소스가스를 라디칼로 분해시킬 수 있으나, 상기 제2 소스가스를 라디칼로 분해시키는 것이 바람직하다.Here, theradical generator 150 may decompose any one of the source gases into radicals, but preferably decomposes the second source gas into radicals.

한편, 상기 라디칼 발생부(150)는 상기 프로세스 챔버(101) 전체에 자외선(154)을 조사하도록 구비될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 라디칼 발생부(150)는 상기 프로세스 챔버(101) 내에서 상기 제2 소스가스가 분사되는 한정된 영역에 대해서만 자외선(154)이 조사되도록 구비된다. 이는, 상기 프로세스 챔버(101) 내에는 상기 소스가스와 상기 퍼지가스가 분사되는 영역이 각각 구획되어 있는데, 라디칼을 발생시켰을 때 공정에 영향을 미치지 않는 상기 제1 소스영역(110)과 상기 퍼지영역(130)에 대해서는 자외선(154)이 조사되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 상기 제2 소스영역(120)에만 자외선(154)을 조사하므로 라디칼 발생 효율과 박막 증착 효율을 향상시킴과 더불어, 상기 자외선(154)에 의해 공정 조건이 변화되는 것을 최대한 억제할 수 있다.On the other hand, theradical generating unit 150 may be provided to irradiate the ultraviolet (154) to theentire process chamber 101. However, theradical generator 150 according to the present exemplary embodiment is provided such that the ultraviolet rays 154 are irradiated only to a limited region in which the second source gas is injected in theprocess chamber 101. In theprocess chamber 101, the source gas and the purge gas are respectively divided into regions, and thefirst source region 110 and the purge region do not affect the process when radicals are generated. It is preferable to prevent theultraviolet ray 154 from being irradiated with respect to the 130. Therefore, according to the present embodiment, since theultraviolet light 154 is irradiated only to thesecond source region 120, the radical generation efficiency and the thin film deposition efficiency are improved, and the process conditions are changed by theultraviolet light 154. It can be suppressed as much as possible.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상기 라디칼 발생부(150)에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, theradical generator 150 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.

상세하게는, 상기 라디칼 발생부(150)는 자외선 램프(155), 하우징(151) 및 석영 플레이트(153)를 포함한다.In detail, theradical generator 150 includes anultraviolet lamp 155, ahousing 151, and aquartz plate 153.

상기 자외선 램프(155)는 자외선(154)을 발생시킨다. 그리고, 상기 자외선(154)은 상기 프로세스 챔버(101) 내의 소스가스를 광분해하여 라디칼을 발생시킨다.Theultraviolet lamp 155 generatesultraviolet light 154. In addition, theultraviolet rays 154 photolyze the source gas in theprocess chamber 101 to generate radicals.

간단하게, 상기 자외선(154)에 의해 라디칼이 발생되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 상기 자외선(154)이 상기 프로세스 챔버(101)로 조사되면, 상기 자외선(154)에 의해 상기 제2 소스가스가 분해되면서 라디칼이 발생된다. 예를 들어, 상기 제2 소스가스는 산소가스일 수 있다. 상기 자외선(154)이 조사되면 상기 자외선(154)의 에너지에 의해 상기 산소가스가 일부 분해되어 산소 이온이 발생된다. 그리고, 상기와 같이 발생된 산소이온과 미분해된 산소가스 분자가 반응하여 오존(O3)이 생성된다. 그리고, 상기 오존이 상기 자외선(154)에 의해 광분해되면 산소 라디칼이 발생된다. 상기 산소 라디칼은 소스(oxygen source)가 되어 상기 기 판(10) 표면에 산화막을 형성하게 된다.Briefly, the process of generating radicals by theultraviolet light 154 is described below. When theultraviolet light 154 is irradiated to theprocess chamber 101, radicals are generated as the second source gas is decomposed by theultraviolet light 154. For example, the second source gas may be oxygen gas. When theultraviolet light 154 is irradiated, the oxygen gas is partially decomposed by the energy of theultraviolet light 154 to generate oxygen ions. In addition, ozone (O 3) is generated by the reaction of the generated oxygen ions with the undecomposed oxygen gas molecules. Oxygen radicals are generated when the ozone is decomposed by theultraviolet light 154. The oxygen radical is a source (oxygen source) to form an oxide film on the surface of thesubstrate 10.

상기 석영 플레이트(153)는 상기 자외선 램프(155)와 상기 프로세스 챔버(101) 사이에 구비되어, 상기 자외선(154)을 상기 프로세스 챔버(101) 내로 투과시키고, 상기 하우징(151)과 상기 프로세스 챔버(101)를 격리시킨다. 예를 들어, 상기 석영 플레이트(153)는 상기 자외선(154)을 투과시킬 수 있도록 투명하게 형성된다.Thequartz plate 153 is provided between theultraviolet lamp 155 and theprocess chamber 101 to transmit theultraviolet light 154 into theprocess chamber 101, thehousing 151 and the process chamber. Isolate 101. For example, thequartz plate 153 is formed to be transparent to transmit theultraviolet ray 154.

상기 프로세스 챔버(101) 내부는 진공이 형성된다. 그러나, 상기 자외선 램프(155)의 동작을 위해서는 상기 하우징(151) 내부가 진공이어서는 안된다. 따라서, 상기 석영 플레이트(153)가 상기 프로세스 챔버(101)와 상기 하우징(151) 사이에 구비되어 상기 프로세스 챔버(101)의 진공을 유지시키고, 상기 프로세스 챔버(101)와 상기 하우징(151)을 분리시키는 역할을 한다.A vacuum is formed in theprocess chamber 101. However, for the operation of theultraviolet lamp 155, the inside of thehousing 151 should not be a vacuum. Accordingly, thequartz plate 153 is provided between theprocess chamber 101 and thehousing 151 to maintain the vacuum of theprocess chamber 101, and to close theprocess chamber 101 and thehousing 151. It serves to separate.

상기 하우징(151)은 상기 샤워헤드(102) 상부에 구비되어 상기 자외선 램프(155)를 수용하고, 상기 하우징(151)의 내측면에는 반사면(152)이 형성된다.Thehousing 151 is provided on theshower head 102 to accommodate theultraviolet lamp 155, and thereflective surface 152 is formed on the inner surface of thehousing 151.

상세하게는, 상기 반사면(152)은 상기 자외선 램프(155) 둘레를 둘러싸도록 상기 하우징(151) 내측면을 형성하고, 상기 자외선 램프(155)에서 방출되는 자외선(154)이 상기 프로세스 챔버(101) 내측으로 집광되도록 상기 자외선(154)을 반사시킨다.In detail, thereflective surface 152 forms an inner surface of thehousing 151 so as to surround theultraviolet lamp 155, and theultraviolet light 154 emitted from theultraviolet lamp 155 is formed in the process chamber. 101 reflects theultraviolet light 154 to be focused inward.

한편, 상기 자외선(154)이 상기 프로세스 챔버(101) 외부로 방출되는 경우 외부의 대기 중의 산소를 분해하여 오존(O3)과 산소 라디칼을 발생시키게 되다. 이를 방지하기 위해, 상기 하우징(151) 외부로 상기 자외선(154)이 방출되는 것을 차단시키는 수단이 구비되어야 한다. 본 실시예에서는 상기 하우징(151) 내측면을 반사면(152)으로 형성함으로써 상기 자외선(154)을 상기 프로세스 챔버(101) 내부로 집광시킴은 물론 상기 자외선(154)이 상기 하우징(151) 외부로 방출되는 것을 차단시킬 수 있다.On the other hand, when theultraviolet light 154 is emitted to the outside of theprocess chamber 101, it decomposes oxygen in the outside atmosphere to generate ozone (O3) and oxygen radicals. In order to prevent this, a means for blocking the emission of theultraviolet light 154 to the outside of thehousing 151 should be provided. In the present embodiment, the inner surface of thehousing 151 is formed as thereflective surface 152 to condense the ultraviolet rays 154 into theprocess chamber 101 as well as the ultraviolet rays 154 outside thehousing 151. It can block the release.

여기서, 상기 하우징(151)의 외측면에 상기 자외선(154)의 방출을 차단시키기 위한 별도의 차단부재(미도시)가 더 구비될 수도 있을 것이다.Here, a separate blocking member (not shown) may be further provided on the outer surface of thehousing 151 to block the emission of the ultraviolet rays 154.

상기 하우징(151)은 상기 자외선 램프(155)를 둘러싸도록 형성되되, 상기 반사면(152)이 상기 자외선(154)을 상기 프로세스 챔버(101) 내로 집광시킬 수 있도록 형성된다.Thehousing 151 is formed to surround theultraviolet lamp 155, and thereflective surface 152 is formed to focus theultraviolet light 154 into theprocess chamber 101.

예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 반사면(252)은 상기 자외선(154)을 상기 기판(10)으로 집광시키는 효율을 향상시킬 수 있도록, 파라볼릭(parabolic) 형태를 가질 수 있다. 여기서, 상기 파라볼릭 형태의 반사면(252)은 상기 반사면(252)에서 반사되어 상기 프로세스 챔버(101) 내로 입사된 상기 자외선(154)의 경로가 평행한 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 자외선(154)은 상기 기판(10)에 수직으로 조사되므로 상기 기판(10) 전체에 균일한 자외선 에너지가 도달하게 된다. 또한, 상기 평행하게 조사되는 자외선(154)은 상기 기판(10) 주변으로 상기 자외선(154)이 확산되는 것을 억제할 수 있다.For example, as shown in FIG. 3, thereflective surface 252 may have a parabolic shape to improve the efficiency of condensing theultraviolet light 154 to thesubstrate 10. . Here, theparabolic reflection surface 252 is characterized in that the path of theultraviolet light 154 reflected from thereflection surface 252 and incident into theprocess chamber 101 is parallel. Therefore, since theultraviolet light 154 is irradiated perpendicularly to thesubstrate 10, uniform ultraviolet energy reaches theentire substrate 10. In addition, the ultraviolet rays 154 irradiated in parallel may suppress the diffusion of the ultraviolet rays 154 around thesubstrate 10.

한편, 상기 제2 소스영역(120) 이외의 주변 영역에 배치된 기판(10)으로 상기 자외선(154)이 확산되는 것을 방지하기 위한 수단이 구비된다.Meanwhile, a means for preventing diffusion of the ultraviolet rays 154 into thesubstrate 10 disposed in the peripheral region other than thesecond source region 120 is provided.

도 4를 참조하면, 상기 각 기판(10) 사이에는 차단 플레이트(157)가 구비된 다.Referring to FIG. 4, a blockingplate 157 is provided between thesubstrates 10.

상세하게는, 상기 차단 플레이트(157)는 복수의 기판(10) 사이에 구비되어, 하나의 기판(10)에 조사되는 자외선(154)이 인접한 다른 기판(10)으로 확산되는 것을 방지한다. 예를 들어, 상기 차단 플레이트(157)는 상기 기판(10) 사이사이에 구비된 소정 높이의 벽 형태를 갖는다. 따라서, 상기 자외선(154)은 상기 차단 플레이트(157)에 의해 주변으로 확산되는 것이 차단되고, 하나의 기판(10)에만 자외선(154)이 조사된다.In detail, the blockingplate 157 is provided between the plurality ofsubstrates 10 to prevent the ultraviolet rays 154 irradiated to onesubstrate 10 from being diffused to anotheradjacent substrate 10. For example, the blockingplate 157 has a wall shape having a predetermined height provided between thesubstrates 10. Therefore, theultraviolet ray 154 is blocked from being diffused to the surroundings by the blockingplate 157, and theultraviolet ray 154 is irradiated to only onesubstrate 10.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, an operation of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

우선, 상기 서셉터(103) 상에 복수의 기판(10)이 배치되고, 상기 샤워헤드(102)를 통해 서로 다른 소스가스와 퍼지가스가 각각 분사된다. 즉, 상기 프로세스 챔버(101) 내부에는 하나의 소스가스만 분사되는 소스영역(110, 120)이 각각 형성되고, 상기 각 소스영역(110, 120) 사이에는 상기 퍼지가스가 분사되어 상기 각 소스가스들이 혼합되는 것을 방지한다.First, a plurality ofsubstrates 10 are disposed on thesusceptor 103, and different source and purge gases are injected through theshower head 102, respectively. That is,source regions 110 and 120 in which only one source gas is injected are formed in theprocess chamber 101, and the purge gas is injected between thesource regions 110 and 120, respectively. To prevent them from mixing.

상기 서셉터(103)가 회전함에 따라 상기 기판(10)은 상기 소스영역과 순차적으로 통과하여 박막이 증착된다.As thesusceptor 103 rotates, thesubstrate 10 sequentially passes through the source region to deposit a thin film.

즉, 상기 기판(10)이 제1 소스가스가 분사되는 제1 소스영역(110)을 통과하면서 상기 기판(10) 상에 상기 제1 소스가스가 물리적으로 흡착된다. 상기 제1 소스영역(110)을 지나 상기 퍼지영역(130)을 통과하면서 상기 기판(10) 표면에서 미반응 제1 소스가스가 퍼지된다. 그리고, 상기 기판(10)이 상기 제2 소스영역(120) 으로 유입되면 상기 제2 소스가스와 상기 기판(10) 표면에 흡착된 제1 소스가스가 반응하여 한층의 원자층이 형성된다.That is, the first source gas is physically adsorbed onto thesubstrate 10 while thesubstrate 10 passes through thefirst source region 110 through which the first source gas is injected. The unreacted first source gas is purged from the surface of thesubstrate 10 while passing through thefirst source region 110 and thepurge region 130. When thesubstrate 10 flows into thesecond source region 120, the second source gas and the first source gas adsorbed on the surface of thesubstrate 10 react to form an atomic layer.

상기 제2 소스영역(120)에서는 자외선(154)이 조사되어, 상기 제2 소스가스가 라디칼로 분해된다. 즉, 상기 제2 소스영역(120)에서는 상기 기판(10) 상에 흡착된 제1 소스가스와 상기 라디칼이 화학적으로 반응하게 된다. 여기서, 상기 제2 소스가스 분자에 비해 상기 라디칼의 에너지가 높으므로, 상기 제1 소스가스와 보다 효과적으로 반응시킬 수 있으며, 증착 효율을 향상시킬 수 있다.Ultraviolet light 154 is radiated from thesecond source region 120 to decompose the second source gas into radicals. That is, in thesecond source region 120, the first source gas adsorbed on thesubstrate 10 and the radical react chemically. Here, since the energy of the radicals is higher than that of the second source gas molecules, the radicals may be more effectively reacted with the first source gas and the deposition efficiency may be improved.

또한, 상기 제2 소스가스를 라디칼로 분해시킴으로써, 라디칼의 높은 반응성으로 인해 증착 속도를 증가시켜, 반응이 신속하게 이루어지며, 전체적인 공정 시간을 줄일 수 있다.In addition, by decomposing the second source gas into radicals, the high reactivity of the radicals increases the deposition rate, so that the reaction is quick and the overall process time can be reduced.

한편, 상기 자외선(154)을 조사하여 상기 제2 소스가스를 라디칼로 분해시키므로, 플라즈마에 비해 플라즈마 입자 또는 이온이 상기 기판(10)에 충돌하여 발생할 수 있는 손상을 방지할 수 있으며, 이와 같은 플라즈마 손상에 대비하기 위한 별도의 구조를 구비할 필요가 없다는 장점이 있다.Meanwhile, since the second source gas is decomposed into radicals by irradiating the ultraviolet rays 154, damages that may occur due to collision of plasma particles or ions with thesubstrate 10 may be prevented compared to plasma, and such plasma There is an advantage that it does not need to have a separate structure to prepare for damage.

또한, 상기 자외선(154)에 의한 증착 공정은 비교적 저온에서 수행되므로, 열에 의해 기판(10)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the deposition process by theultraviolet light 154 is performed at a relatively low temperature, it is possible to prevent thesubstrate 10 from being damaged by heat.

더불어, 상기 기판(10)으로 자외선(154)을 조사하면, 상기 기판(10)에 기 증착된 박막 내의 불순물을 제거하는 효과가 있어서, 증착된 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.In addition, when theultraviolet light 154 is irradiated onto thesubstrate 10, the impurities in the thin film previously deposited on thesubstrate 10 may be removed, and thus the quality of the deposited thin film may be improved.

그리고, 상기 기판(10)이 상기 퍼지영역(130)을 통과함에 따라 미반응 제2 소스가스가 퍼지되고, 박막 증착 공정의 한 주기가 완료된다. 그리고, 상기 기판(10)은 상기 제1 소스영역(110)으로 유입되고 상술한 증착 공정을 반복하여 수행함에 따라 상기 기판(10) 상에 원하는 두께의 박막이 형성된다. 또한, 상기 프로세스 챔버(101) 내에서는 동시에 4개의 기판(10)에 대한 원자층 증착 공정이 수행된다.As thesubstrate 10 passes through thepurge region 130, an unreacted second source gas is purged, and one cycle of the thin film deposition process is completed. In addition, thesubstrate 10 is introduced into thefirst source region 110 and a thin film having a desired thickness is formed on thesubstrate 10 as the above-described deposition process is repeatedly performed. In addition, in theprocess chamber 101, an atomic layer deposition process for foursubstrates 10 is performed at the same time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 사시도;1 is a perspective view for explaining an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2는 도 1의 원자층 증착 장치의 단면도;2 is a cross-sectional view of the atomic layer deposition apparatus of FIG. 1;

도 3은 도 1의 라디칼 발생부의 동작을 설명하기 위한 요부 블록도;3 is a main block diagram illustrating the operation of the radical generator of FIG. 1;

도 4는 도 1의 라디칼 발생부의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating another embodiment of the radical generator of FIG. 1.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 기판100: 원자층 증착 장치10: substrate 100: atomic layer deposition apparatus

101: 프로세스 챔버102: 샤워헤드101: process chamber 102: showerhead

103: 서셉터104: 구동부103: susceptor 104: drive unit

110, 120: 소스영역115, 125: 소스라인110, 120:source area 115, 125: source line

130, 131, 132: 퍼지영역135: 퍼지라인130, 131, 132: purge region 135: purge line

140: 배기포트141: 배기챔버140: exhaust port 141: exhaust chamber

142: 배기홀145: 배기라인142: exhaust hole 145: exhaust line

150: 라디칼 발생부151: 하우징150: radical generating unit 151: housing

152, 252: 반사면153: 석영 플레이트152, 252: Reflective surface 153: Quartz plate

154: 자외선155: 자외선 램프154: UV 155: UV lamp

157: 차단 플레이트157: blocking plate

Claims (6)

Translated fromKorean

기판을 수용하는 프로세스 챔버;A process chamber containing a substrate;상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 복수의 기판을 지지하는 서셉터;A susceptor provided in the process chamber to support a plurality of substrates;상기 기판으로 서로 다른 복수의 소스가스를 제공하는 샤워헤드;A shower head providing a plurality of different source gases to the substrate;상기 샤워헤드에 구비되되, 상기 프로세스 챔버 내로 자외선을 조사하여 상기 적어도 하나의 소스가스를 라디칼로 분해시키는 라디칼 발생부;A radical generator provided in the shower head and configured to decompose the at least one source gas into radicals by irradiating ultraviolet rays into the process chamber;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.Atomic layer deposition apparatus comprising a.제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 라디칼 발생부는,The radical generating unit,자외선을 발생시키는 자외선 램프;Ultraviolet lamps that generate ultraviolet light;상기 자외선 램프를 수용하고, 반사면이 형성된 하우징; 및A housing accommodating the ultraviolet lamp and having a reflective surface; And상기 하우징과 상기 프로세스 챔버를 분리시키는 석영 플레이트;A quartz plate separating the housing and the process chamber;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.An atomic layer deposition apparatus comprising a.제2항에 있어서,The method of claim 2,상기 반사면은 상기 자외선을 하나의 기판으로 집광시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.And the reflective surface is configured to focus the ultraviolet light onto a single substrate.제3항에 있어서,The method of claim 3,상기 반사면은 상기 기판을 향해 오목하게 형성된 파라볼릭(parabolic) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.And the reflective surface has a parabolic shape concave toward the substrate.제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판 주변에는 상기 자외선이 확산을 방지하기 위한 차단 플레이트가 더 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.And a blocking plate for preventing the ultraviolet rays from being diffused around the substrate in the process chamber.제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 라디칼 발생부는 상기 소스영역 중 하나의 소스영역에 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.And the radical generator is provided in one of the source regions.

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