JP2023512317A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関するものであり、本発明に係る基板処理装置及び基板処理方法によると、チャンバ内部が第１空間と第２空間とに分離された基板処理装置において、第１空間と第２空間にそれぞれ位置する基板に工程ガスを順次に噴射することによって、第１空間と第２空間にそれぞれ位置する基板に均一な厚さの薄膜を形成することができるという利点がある。【選択図】図２ａ

Description

本発明は、基板処理装置及び基板処理方法に関するものであって、より詳細には、チャンバ内部が第１空間と第２空間とに分離された基板処理装置で、第１空間と第２空間にそれぞれ位置する基板に工程ガスを順次に噴射することによって、均一な厚さの薄膜を形成することができる基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。

一般的に半導体素子を製造するためには、シリコンウエハに原料物質を蒸着する薄膜蒸着工程、感光性物質を用いてこれらの薄膜のうち選択された領域を露出または隠蔽するフォトリソグラフィ工程、選択された領域の薄膜を除去して目的の通り、パターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）する食刻工程などを経ることになり、これらの工程は、該当工程のために最適な環境に設計されたチャンバの内部で行われる。

シリコンウエハに所定の薄膜を形成するための薄膜蒸着装置としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）など様々な方式があり、半導体を製造するための様々な分野で応用されている。近年、半導体素子のデザインルールが急激に微細化することによって微細パターンの薄膜が求められ、これによって、原子層厚さの微細パターンを極めて均一に形成することができる原子層蒸着（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法の使用が増大している。

化学気相蒸着（ＣＶＤ）方法は、多数の気体分子を同時にプロセスチャンバ内に注入し、基板の上部で発生した反応生成物を基板に蒸着することであるが、これとは異なり、原子層蒸着（ＡＬＤ）方法は、１つの気体物質をプロセスチャンバ内に注入した後、これをパージして加熱された基板の上部に物理的に吸着された気体のみを残留させ、その後、他の気体物質を注入することによって前記基板の上面でのみ発生する化学物質反応生成物を蒸着する。

この中で、ＡＬＤ薄膜蒸着方法は、優れた均一度を有するナノ厚さの薄膜蒸着が可能であるため、ナノ級半導体素子製造の必須の蒸着技術として注目されている。特に、ＡＬＤ薄膜蒸着装置は、薄膜の厚さを数オングストローム単位で精密に制御することができる。したがって、ＡＬＤ薄膜蒸着装置は、段差被覆性（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）に優れ、複雑な三次元構造も均一に蒸着可能であり、薄膜の厚さと組成を精密に調節可能であり、大面積を均一な速度で蒸着できるという利点がある。

従来の原子層蒸着（ＡＬＤ）方法が適用された基板処理装置は、基板を支持する基板支持部、及び前記基板支持部の上側に配置され、工程ガスを噴射するガス噴射部を含む。

このとき、ガス噴射部を通じて基板支持部に搭載された基板の上部にソースガスを噴射した後、パージガスを噴射して基板上部をパージさせる。次いで、基板の上部に反応ガスを噴射した後、パージガスを噴射して基板上部を再びパージする過程を繰り返し行い、基板の上部に均一な薄膜を形成する。

しかし、従来の原子層蒸着方法の場合、チャンバ内部で１つの基板にソースガスと反応ガスを順次に噴射して薄膜を蒸着することによって生産性が落ちるという問題がある。

一方、複数個の基板を処理する場合でも、第１空間と第２空間に位置する基板が固定されたところで薄膜蒸着が行われるが、チャンバ内部の構造的な問題や基板支持部上に形成されたヒータ端子部などの影響により、第１空間と第２空間に位置する複数個の基板に蒸着される薄膜の均一度が変わるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、チャンバ内部が第１空間と第２空間とに分離された基板処理装置において、互いに重ならない第１空間と第２空間にそれぞれ位置する第１基板と第２基板に工程ガスを噴射して第１空間と第２空間で独立して薄膜を形成することができ、所定の厚さの薄膜を形成した後、複数個の基板が支持されたサセプタを所定の角度で回転させ、第１基板と第２基板の位置を変更させ、再び工程ガスを噴射して所定の厚さの薄膜を形成する過程を繰り返し行うことによって、第１空間と第２空間での位置による影響を最小化して均一な厚さの薄膜を形成することができるようにした基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る基板処理装置は、第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置され、前記第１空間で少なくとも１つ以上の基板を支持し、前記第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、前記第１空間で前記サセプタに向い合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、前記第２空間で前記サセプタに向い合い、前記第２空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部と、を含み、前記第１噴射部と前記第２噴射部とは、第１ガスを噴射する第１ガス噴射流路と、前記第１ガスと異なる第２ガスを噴射する第２ガス噴射流路と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る基板処理方法は、第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置され、前記第１空間で少なくとも１つ以上の基板を支持し、前記第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、前記第１空間で前記サセプタに向い合って前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、前記第２空間で前記サセプタに向い合って前記第２空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部と、を含む基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、前記第１噴射部と前記第２噴射部の下部にそれぞれ少なくとも１つ以上の第１基板と第２基板とを配置するステップと、前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第１基板と前記第２基板に向けてソースガスと反応ガスを順次に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返す第１薄膜形成ステップと、前記サセプタを所定の角度で回転させ、前記第１基板を前記第２噴射部の下部に移動させ、前記第２基板を前記第１噴射部の下部に移動させる第１サセプタ回転ステップと、前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第２基板と前記第１基板に向けてソースガスと反応ガスを交互に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返す第２薄膜形成ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る基板処理方法は、第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置され、前記第１空間で少なくとも１つ以上の基板を支持し、前記第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、前記第１空間で前記サセプタに向い合って前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、前記第２空間で前記サセプタに向い合って前記第２空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部と、を含む基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、前記第１噴射部と前記第２噴射部の下部にそれぞれ少なくとも１つ以上の第１基板と第２基板とを配置するステップと、前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第１基板と前記第２基板に向けてソースガスと反応ガスを順次に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返す薄膜形成ステップと、を含み、前記薄膜形成ステップは、第１ガス噴射流路を通じて前記ソースガスを噴射するステップと、前記第１ガス噴射流路と異なる経路の第２ガス噴射流路を通じて前記反応ガスを噴射するステップと、をさらに含むことを特徴とする。

本発明に係る基板処理装置及び基板処理方法によると、基板処理ステップを細分化して第１空間と第２空間に配置された基板の上部にそれぞれ第１ガス及び第２ガスを順次に噴射して所定の厚さの薄膜を形成した後、サセプタを回転させ、再び第１空間と第２空間に配置された基板の上部にそれぞれ第１ガスと第２ガスを順次に噴射して所定の厚さの薄膜を形成することによって、第１空間と第２空間に位置する複数個の基板に蒸着される薄膜の均一度を改善することができるという利点がある。

本発明に係る基板処理装置のチャンバ内の平面構造を説明するための図である。 図１のＢ－Ｂ部分のチャンバ断面を簡略に示した断面図である。 図２ａのＣ部分の部分拡大断面図である。 図２ａのＤ部分の部分拡大断面図である。 本発明に係る基板処理装置のサセプタの下部平面構造を説明するための図である。 本発明に係る基板処理装置のサセプタの下部平面構造を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る基板処理方法の工程フローチャートである。 本発明の他の一実施例に係る基板処理方法の工程フローチャートである。

以下、添付の図面を参考にして本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例について詳細に説明することにする。各図に提示された参照符号のうち、同一の参照符号は同一の部材を示す。

本発明を説明するにおいて、関連する公知技術に関する具体的な説明が、本発明の要旨を曖昧にする可能性があると判断できる場合、その詳細な説明は省略する。

第１、第２などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用することができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されるものではなく、前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。

図１は、本発明に係る基板処理装置のチャンバ内の平面構造を説明するための図であり、図２ａは、図１のＢ－Ｂ部のチャンバ断面を簡略に示した断面図である。図２ｂは、図２ａのＣ部分の部分拡大断面図であり、図２ｃは、図２ａのＤ部分の部分拡大断面図である。

以下では、図１及び図２ａ～図２ｃを参照して、本発明に係る基板処理装置について説明することにする。

本発明に係る基板処理装置（１０００）は、チャンバ（１１００）、チャンバリード（１２００）、サセプタ（１３００）及びガス噴射部（１４００）を備える。

チャンバ（１１００）は、基板に対して薄膜蒸着及び食刻などの実際の工程が行われる領域であって、チャンバリード（１２００）と結合して閉鎖された反応空間を形成することができる。このとき、反応空間は、第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）及び前記第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）を分離するパージ空間である第３空間（Ａ３）を含んでもよい。

サセプタ（１３００）は、前記チャンバ（１１００）の内部で前記第１空間（Ａ１）と前記第２空間（Ａ２）にわたって配置され、前記第１空間（Ａ１）で少なくとも１つ以上の基板（Ｗ１）を支持し、前記第２空間（Ａ２）でも少なくとも１つ以上の基板（Ｗ２）を支持する。また、工程のために下部の回転軸（１３１０）を中心に所定の周期と方向及び角度で水平の時計回りまたは反時計回りに回転することができる。

サセプタ（１３００）は、複数の基板（Ｗ１、Ｗ２）を所定の角度で離隔した位置にロードすることができる。このとき、基板（Ｗ１、Ｗ２）がロードされる位置の離隔間隔は、後述する第１噴射部（１４１０）、第２噴射部（１４２０）及び第３噴射部（１４３０）の配置間隔を考慮して決定することができる。例示的に、基板（Ｗ１、Ｗ２）がロードされる位置の離隔間隔は、第１噴射部（１４１０）、第２噴射部（１４２０）及び第３噴射部（１４３０）の配置間隔と同一に決定することができる。

そして、第３噴射部（１４３０）は、サセプタ（１３００）の回転中心を基準に向かい合うようにサセプタ（１３００）の上部に構成される。第３噴射部（１４３０）は、パージガスを噴射してチャンバ（１１００）の内部を第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）とに分割する第３空間（Ａ３）を形成する。

一方、チャンバ（１１００）の内部の第１空間（Ａ１）の上部には、前記サセプタ（１３００）に向い合い、前記第１空間（Ａ１）に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部（１４１０）が形成される。また、チャンバ（１１００）の内部の第２空間（Ａ２）の上部には、前記サセプタ（１３００）に向い合い、前記第２空間（Ａ２）に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部（１４２０）が形成される。

第１噴射部（１４１０）は、前記第１空間（Ａ１）に第１ガスを噴射する第１ガス噴射流路（１４１０ａ）及び前記第１ガスと異なる第２ガスを噴射する第２ガス噴射流路（１４１０ｂ）を含む。第１噴射部（１４１０）は、第１ガス噴射流路（１４１０ａ）及び第２ガス噴射流路（１４１０ｂ）を通じて前記第１空間（Ａ１）に前記第１ガスと前記第２ガスを交互に噴射し、前記第１空間（Ａ１）に位置する基板に薄膜を形成する。このとき、前記第１ガスまたは前記第２ガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。

第１ガスをプラズマ処理して噴射する場合、非活性の第１ガスを活性化して多量のラジカルとイオンを生成することができるため、低温でも第１ガスの分解が可能であり、第１ガス自体に含まれている不純物を効果的に除去することができるという利点がある。一方、第２ガスをプラズマ処理して噴射する場合、薄膜の密度を改善して薄膜の均一度を向上させることができるという利点がある。

一方、プラズマは、電極構造に応じてダイレクトプラズマで実現するか、第１ガスが留まる空間にＲＦを印加して発生したリモートプラズマ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｌａｓｍａ）で実現することもできる。

前記第１噴射部（１４１０）は、第１ガス噴射後または第２ガス噴射後にパージガスを噴射することができる。前記第１噴射部（１４１０）は、前記第１ガスと第２ガスが噴射される間に第１パージガスを噴射し、前記第２ガスと第１ガスが噴射される間に第２パージガスを噴射する。このとき、第１パージガスと第２パージガスのうち少なくとも１つ以上のパージガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。第１パージガスと第２パージガスをプラズマ処理して噴射する場合、薄膜に形成されたパターンの上部、下部及び側壁の蒸着を選択的に行うことができるという利点がある。また、パージガスをプラズマ処理して薄膜に噴射する場合、薄膜表面に含まれた水素を除去して薄膜表面を改質することによって、高い選択性を有する薄膜を形成することができるという利点がある。

前記第１噴射部（１４１０）は、前記第１ガス、第２ガス、第１パージガスまたは前記第２パージガスを基板に向けてプラズマ状態に噴射するための電極（１４１１）を含んでもよい。

前記電極（１４１１）は、複数個の突出電極（１４１１ａ１）が形成された第１電極（１４１１ａ）と、前記突出電極に対応する位置に開口が形成され、前記開口に前記突出電極が挿入される第２電極（１４１１ｂ）とを含んでもよい。

前記突出電極の側面と前記第２電極（１４１１ｂ）の開口内面の間でプラズマを発生させるように前記第１電極（１４１１ａ）または前記第２電極（１４１１ｂ）のうち少なくともいずれか一つには、ＲＦ電源供給部（１４１３ａ、１４１３ｂ）によってＲＦ電源が印加されてもよい。

前記第１ガスは、前記突出電極に延びる前記第１ガス噴射流路（１４１０ａ）を通じて噴射され、前記第２ガスは、前記突出電極の側面と前記第２電極の開口内面との間の第２ガス噴射流路（１４１０ｂ）を通じて噴射される。

第２噴射部（１４２０）は、前記第２空間（Ａ２）に第１ガスを噴射する第１ガス噴射流路及び前記第１ガスと異なる第２ガスを噴射する第２ガス噴射流路を含む。第２噴射部（１４２０）は、第１ガス噴射流路及び第２ガス噴射流路を通じて前記第２空間（Ａ２）に前記第１ガスと前記第２ガスを交互に噴射して前記第２空間（Ａ２）に位置する基板に薄膜を形成する。このとき、前記第１ガスまたは前記第２ガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。前記第２噴射部（１４２０）の細部構成は、前記第１噴射部（１４１０）の細部構成と同一である。

前記第２噴射部（１４２０）は、第１ガス噴射後にまたは第２ガス噴射後にパージガスを噴射することができる。前記第２噴射部（１４２０）は、前記第１ガスと第２ガスが噴射される間に第１パージガスを噴射し、前記第２ガスと第１ガスが噴射される間に第２パージガスを噴射する。このとき、第１パージガスと第２パージガスのうち少なくとも１つ以上のパージガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。

前記第２噴射部（１４２０）は、前記第１ガス、第２ガス、第１パージガスまたは前記第２パージガスを基板に向けてプラズマ状態に噴射するための電極を含んでもよい。

前記電極は、複数個の突出電極が形成された第１電極と、前記突出電極に対応する位置に開口が形成され、前記開口に前記突出電極が挿入される第２電極とを含んでもよい。

前記突出電極の側面と前記第２電極の開口内面の間でプラズマを発生させるように、前記第１電極または前記第２電極のうち少なくともいずれか一つにＲＦ電源が印加されてもよい。

前記第１ガスは、前記突出電極に延びる前記第１ガス噴射流路を通じて噴射され、前記第２ガスは、前記突出電極の側面と前記第２電極の開口内面との間の第２ガス噴射流路を通じて噴射される。

本発明において、前記第１ガスはソースガスであり、前記第２ガスは反応ガスであるものと説明するが、これに限定されるものではなく、前記第１ガスは反応ガスであり、前記第２ガスはソースガスであってもよい。

前記第１噴射部（１４１０）及び第２噴射部（１４２０）から前記第１ガスまたは前記第２ガスを噴射するとき、前記サセプタ（１３０）は停止されてもよい。

一方、チャンバ（１１００）は、前記第１空間（Ａ１）と前記第２空間（Ａ２）の間に第３空間（Ａ３）をさらに含んでもよい。前記第３空間（Ａ３）には、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射する第３噴射部（１４３０）を含んでもよい。このとき、前記第３パージガスは、基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。

第３噴射部（１４３０）は、前記第３パージガスを基板に向けてプラズマ状態に噴射するための電極（１４３１）を含んでもよい。

前記電極（１４３１）は、複数個の突出電極（１４３１ａ１）が形成された第３電極（１４３１ａ）と、前記突出電極に対応する位置に開口が形成され、前記開口に前記突出電極が挿入される第４電極（１４３１ｂ）とを含んでもよい。

前記突出電極の側面と前記第４電極（１４３１ｂ）の開口内面の間でプラズマを発生させるように、前記第３電極（１４３１ａ）または前記第４電極（１４３１ｂ）のうち少なくともいずれか一つには、ＲＦ電源供給部（１４３３ａ、１４３３ｂ）によってＲＦ電源が印加されてもよい。

一方、前記第１噴射部（１４１０）及び前記第２噴射部（１４２０）を通じて前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理をすることができる。このように薄膜に対してプラズマ処理をする場合、蒸着された薄膜の電気的及び光学的特性を改善し、疎水性または親水性の表面改質特性を改善することができ、これを通じて、全体として薄膜の均一度を向上させることができるという利点がある。

図３ａ及び図３ｂは、本発明に係る基板処理装置のサセプタ内部のヒータの配置構造を説明するための図である。

図３ａは、本発明に係る基板処理装置のサセプタ内部のヒータの配置構造を説明するための図であり、図３ｂは、本発明に係る基板処理装置のサセプタを１８０度回転させた後の図である。

図３ａ及び図３ｂに示されているように、本発明に係る基板処理装置（１０００）は、サセプタ（１３００）の下部に基板を加熱するためのヒータ（１５００）をさらに含んでもよい。ヒータ（１５００）は、細長い管状のワイヤからなる多数のヒータ部材（１５１０～１５５０）を含んでもよい。多数のヒータ部材（１５１０～１５５０）は同心円状のパターンを形成し、外部電源（図示せず）に連結される複数個の電源端子部（１５１０ａ～１５５０ａ）を備えてもよい。

一般的に、ヒータは、ヒータ部材及び電源端子部が第１空間と第２空間で同心円状に左右対称に配置されてもよい。しかし、このようにヒータ部材及び電源端子部が第１空間と第２空間とで左右対称に形成されると、第１空間に位置した基板がサセプタの回転によって第２空間に位置するようになった場合でも、同一の領域に電源端子部を配置することができ、これにより、第１空間と第２空間に位置する複数個の基板に蒸着される薄膜の均一度が変わることもある。

本発明に係る基板処理装置の場合、多数のヒータ部材（１５１～１５５）及び電源端子部（１５１０ａ～１５５０ａ）を第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）とで左右非対称に配置することができる。または、第１空間上に配置されたヒータ部材のパターンと前記第２空間上に配置されたヒータ部材のパターンとが異なることもある。これによって、前記第１空間に位置する基板の温度分布とサセプタの回転によって第１空間に位置する基板が前記第２空間に位置するときの基板の温度分布は異なり得る。

したがって、本発明に係る基板処理装置によると、基板が第１空間に位置するときと第２空間に位置するときにおいて、ヒータ部材と電源端子部の配置が非対称であるか、ヒータ部材のパターンが異なるため、基板の蒸着される薄膜の均一度が不均一になることを防止することができる。

図４は、本発明の一実施例に係る基板処理方法の工程フローチャートである。

図４を参考にすると、本発明に係る基板処理方法は、第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、前記第１空間と第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第１噴射部及び前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第２噴射部を含む基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、基板配置ステップ（Ｓ４１０）、第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）、第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）及び第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）を含む。

前記基板配置ステップ（Ｓ４１０）では、前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置される前記サセプタに向き合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、前記サセプタに向い合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部の下部にそれぞれ少なくとも１つ以上の第１基板と第２基板とを配置する。

前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）では、前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第１基板と前記第２基板に向けてソースガスと反応ガスを順次に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返して予め設定された厚さの薄膜を形成する。

第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）では、前記サセプタを所定の角度で回転させ、前記第１基板を前記第２噴射部の下部に移動させ、前記第２基板を前記第１噴射部の下部に移動させる。

次いで、第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）では、前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第２基板と前記第１基板に向けてソースガスと反応ガスを交互に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返して予め設定された厚さの薄膜を形成する。

前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）と前記第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）で、前記ソースガスと前記反応ガスを交互に噴射して薄膜を形成するとき、前記ソースガスまたは前記反応ガスは前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。

ソースガスをプラズマ処理して噴射する場合、非活性のソースガスを活性化して多量のラジカルとイオンを生成することができるため、低温でもソースガスの分解が可能であり、ソースガス自体に含まれている不純物を効果的に除去することができるという利点がある。一方、反応ガスをプラズマ処理して噴射する場合、薄膜の密度を改善して薄膜の品質を向上させることができるという利点がある。

一方、プラズマは、電極構造に応じてダイレクトプラズマで実現するか、ソースガスが留まる空間にＲＦを印加して発生したリモートプラズマ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｌａｓｍａ）で実現することもできる。

前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）と前記第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）で、前記ソースガスまたは前記反応ガスを噴射するときに前記サセプタは停止されてもよい。

一方、前記第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）の後、前記サセプタを所定の角度で回転させ、前記第１基板を前記第１噴射部の下部に移動させ、前記第２基板を前記第２噴射部の下部に移動させる第２サセプタ回転ステップ（Ｓ４５０）をさらに含んでもよい。

本発明に係る基板処理方法は、第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）、第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）、第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）及び第２サセプタ回転ステップ（Ｓ４５０）を交互に繰り返して予め設定された厚さの薄膜を形成する。その後、所望の厚さの薄膜が形成されたかを確認（Ｓ４６０）した後、所望の厚さの薄膜が形成されるまで、前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）、第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）、第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）及び第２サセプタ回転ステップ（Ｓ４５０）を繰り返す。

前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）と前記第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）で、前記ソースガスまたは前記反応ガスを噴射するときに前記サセプタは停止されてもよい。

前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）と前記第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）では、前記ソースガスと前記反応ガスが噴射される間または前記反応ガスと前記ソースガスが噴射される間にパージガスを噴射することができる。

前記パージガスは、前記ソースガスと前記反応ガスが噴射される間に噴射される第１パージガスと、前記反応ガスと前記ソースガスが噴射される間に噴射される第２パージガスとを含んでもよい。このとき、第１パージガスと第２パージガスのうち少なくとも１つ以上のパージガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。第１パージガスと第２パージガスをプラズマ処理して噴射する場合、薄膜に形成されたパターンの上部、下部及び側壁の蒸着を選択的に行うことができるという利点がある。また、パージガスをプラズマ処理して薄膜に噴射する場合、薄膜表面に含まれた水素を除去して薄膜表面を改質することによって、高い選択性を有する薄膜を形成することができるという利点がある。

さらに、前記第１パージガスと第２パージガスのうち少なくとも１つ以上のパージガスの他に、前記ソースガスまたは前記反応ガスも前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。

一方、基板処理装置のチャンバ（１１００）は、前記第１空間（Ａ１）と前記第２空間（Ａ２）の間に第３空間（Ａ３）をさらに含んでもよい。前記第３空間（Ａ３）には、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射する第３噴射部（１４３０）を含んでもよい。第３噴射部（１４３０）は、前記第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）と第２サセプタ回転ステップ（Ｓ４５０）で、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射し、このとき、前記第３パージガスは、基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。その後、前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理を行ってもよい。

一方、第３噴射部（１４３０）は、前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）と前記第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）で、前記ソースガスまたは前記反応ガスが噴射されるとき、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射することができ、その後、前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理を行うことができる。

第３噴射部（１４３０）は、前記第１薄膜形成ステップ（Ｓ４２０）と前記第２薄膜形成ステップ（Ｓ４４０）で、前記ソースガスまたは前記反応ガスが噴射されるとき、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射することができ、このとき、前記第３パージガスは基板に向けてプラズマ状態に噴射されてもよい。

本発明に係る基板処理方法によると、基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理を行ってもよい。このように薄膜に対してプラズマ処理をする場合、蒸着された薄膜の電気的及び光学的特性を改善し、疎水性または親水性の表面改質特性を改善することができ、これを通じて、全体として薄膜の均一度を向上させることができるという利点がある。

図５は、本発明の他の一実施例に係る基板処理方法の工程フローチャートである。

図５を参考にすると、本発明に係る基板処理方法は、第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、前記第１空間と第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第１噴射部及び前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第２噴射部を含む基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、基板配置ステップ（Ｓ５１０）及び薄膜形成ステップ（Ｓ５２０）を含む。

前記基板配置ステップ（Ｓ５１０）では、前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置される前記サセプタに向き合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、前記サセプタに向い合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部の下部にそれぞれ少なくとも１つ以上の第１基板と第２基板とを配置する。

前記薄膜形成ステップ（Ｓ５２０）では、前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第１基板と前記第２基板に向けてソースガスと反応ガスを順次に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返して予め設定された厚さの薄膜を形成する。

このとき、前記薄膜形成ステップ（Ｓ５２０）は、第１ガス噴射流路を通じて前記ソースガスを噴射するステップ及び前記第１ガス噴射流路と異なる経路の第２ガス噴射流路を通じて前記反応ガスを噴射するステップをさらに含んでもよい。

前記ソースガスを噴射するステップでは、第１電極の突出電極に形成された前記第１ガス噴射流路を通じて前記ソースガスを噴射することができる。前記反応ガスを噴射するステップでは、前記突出電極に対応する位置に開口が形成された第２電極の開口内面と前記突出電極の側面の間で第２ガス噴射流路を通じて前記反応ガスを噴射することができる。

前記チャンバ（１１００）内の空間が第３空間（Ａ３）を境界として第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）の２つの空間に分離された場合、前記第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）では、前記サセプタ（１３００）を１８０度回転させることが好ましい。しかし、前記サセプタの回転角度は、分離された空間の個数及び工程条件に応じて、９０度、１８０度、及び２７０度などに様々に実現することができる。

このように、第１基板（Ｗ１）には、第１薄膜と第２薄膜が順次に形成され、第２基板（Ｗ２）には、第２薄膜と第１薄膜が順次に形成される。これを通じて、複数の基板に蒸着される薄膜の均一度を向上させることができる。

前記第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）と第２サセプタ回転ステップ（Ｓ４５０）で、前記サセプタを同一の方向にのみ回転させる場合には、パージガス噴射部に隣接した基板とそうでない基板の間で、サセプタの回転時にパージガス噴射部に露出される時間において相違が生じることになる。

すなわち、サセプタの回転方向が一方向に固定されていると、サセプタの回転方向を基準としてパージガス噴射部に隣接した基板は、そうでない基板に比べて常にパージガス噴射部を早く通過することになる。したがって、サセプタの回転方向を基準としてパージガス噴射部に隣接していない基板は、パージガス噴射部に隣接した基板に比べてパージガスが噴射されるパージ領域を通過する前に薄膜が形成される第１空間または第２空間に露出されている時間が長くなり、このような理由により、複数の基板に蒸着される薄膜の均一度が低下することもある。

したがって、前記第１サセプタ回転ステップ（Ｓ４３０）で、サセプタを一方向に回転させた場合、前記第２サセプタ回転ステップ（Ｓ４５０）では、前記サセプタを他方向に交互に回転させることが好ましい。一方、前記複数の基板に所定の回数（Ｎ回）だけ薄膜を形成するとする場合、前記サセプタを一方向にＮ／２回回転させ、他方向にＮ／２回回転させることによって、複数の基板に蒸着される薄膜の均一度を向上させることができる。

一般的に、チャンバ内部の反応空間は非対称に形成されており、先に検討したようにサセプタの下部には基板を加熱するためのヒータが同心円状に配列されており、所々電源端子が形成されている。

このようにチャンバ内部の構造的な問題やサセプタの下部に形成されたヒータの電源端子などの影響により、第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）に位置する基板に蒸着される薄膜の均一度が変わる。

そこで、本発明では、チャンバ内部の構造的な問題や電源端子による影響を最小化するようにして、第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）に位置する基板に蒸着される薄膜の均一度を向上させることができるようにしている。

検討したように、本発明に係る基板処理方法によると、第１空間（Ａ１）と第２空間（Ａ２）に位置する基板（Ｗ１、Ｗ２）に所定の厚さの第１薄膜と第２薄膜をそれぞれ形成することによって、第１基板（Ｗ１）と第２基板（Ｗ２）に蒸着される薄膜の均一度を向上させることができるという利点がある。

本発明は、図面に示された実施例を参考にして説明されているが、これは、例示的なものに過ぎず、本技術分野における通常の知識を有する者であれば、これらから様々な変形及び均等の他の一実施例が可能である点を理解すべきである。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。

Claims (41)

1. 第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、
   前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置され、前記第１空間で少なくとも１つ以上の基板を支持し、前記第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、
   前記第１空間で前記サセプタに向い合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、
   前記第２空間で前記サセプタに向い合い、前記第２空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部と、
   を含み、
   前記第１噴射部と前記第２噴射部とは、
   第１ガスを噴射する第１ガス噴射流路と、
   前記第１ガスと異なる第２ガスを噴射する第２ガス噴射流路と、
   を含むことを特徴とする、基板処理装置。
2. 前記第１噴射部または前記第２噴射部のうち少なくとも１つ以上の噴射部は、前記第１空間または前記第２空間に前記第１ガスと前記第２ガスを交互に噴射して、前記基板に薄膜を形成することを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１ガスまたは前記第２ガスを噴射するときに、前記サセプタは停止していることを特徴とする、請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記第１ガス噴射流路または前記第２ガス噴射流路のうちいずれか一つを通じて、前記第１ガス噴射後または前記第２ガス噴射後にパージガスを噴射することを特徴とする、請求項２に記載の基板処理装置。
5. 前記第１ガスまたは前記第２ガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項２に記載の基板処理装置。
6. 前記第２ガスは、反応ガスであることを特徴とする、請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記パージガスは、
   前記第１ガスと前記第２ガスが噴射される間に噴射される第１パージガスと、
   前記第２ガスと前記第１ガスが噴射される間に噴射される第２パージガスと、を含み、
   前記第１パージガスと第２パージガスのうち少なくとも１つ以上は、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項４に記載の基板処理装置。
8. 前記第１ガスまたは前記第２ガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記第１噴射部または前記第２噴射部は、
   前記第１ガスまたは前記第２ガスを前記基板に向けてプラズマ状態に噴射するための電極を含むことを特徴とする、請求項５に記載の基板処理装置。
10. 前記第１噴射部または前記第２噴射部は、
    前記第１パージガスまたは前記第２パージガスを前記基板に向けてプラズマ状態に噴射するための電極を含むことを特徴とする、請求項７に記載の基板処理装置。
11. 前記第１噴射部または前記第２噴射部は、
    前記第１パージガスまたは前記第２パージガスを前記基板に向けてプラズマ状態に噴射するための電極を含むことを特徴とする、請求項８に記載の基板処理装置。
12. 前記電極は、
    複数個の突出電極が形成された第１電極と前記突出電極に対応する位置に開口が形成され、前記開口に前記突出電極が挿入される第２電極とを含み、
    前記突出電極の側面と前記第２電極の開口内面の間でプラズマを発生させるように、前記第１電極または第２電極のうち少なくとも１つにＲＦ電源が印加されることを特徴とする、請求項９～１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
13. 前記第１ガスは、前記突出電極に延びる前記第１ガス噴射流路を通じて噴射され、
    前記第２ガスは、前記突出電極の側面と前記第２電極の開口内面との間を通過して噴射されることを特徴とする、請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記チャンバは、前記第１空間と前記第２空間の間に第３空間をさらに含み、
    前記第３空間には、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射する第３噴射部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の基板処理装置。
15. 前記第３パージガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項１４に記載の基板処理装置。
16. 前記第３噴射部は、
    前記第３パージガスを前記基板に向けてプラズマ状態に噴射するための電極を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の基板処理装置。
17. 前記電極は、突出電極が形成された第３電極と前記突出電極に対応する位置に開口が形成され、前記開口に前記突出電極が挿入される第４電極とを含み、
    前記突出電極の側面と前記第４電極の開口内面の間でプラズマを発生させるように、前記第３電極または第４電極のうち少なくとも１つにＲＦ電源が印加されることを特徴とする、請求項１５に記載の基板処理装置。
18. 前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理をすることを特徴とする、請求項２、請求項５、請求項７、請求項８、請求項１４、請求項１５に記載の基板処理装置。
19. 前記サセプタの下部に、所定のパターンで形成されたヒータ部材及び電源端子部を有するヒータをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
20. 前記第１空間に形成された前記電源端子部と前記第２空間に形成された前記電源端子部とが非対称に配置されたことを特徴とする、請求項１９に記載の基板処理装置。
21. 第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、前記第１空間と第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第１噴射部及び前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第２噴射部を含む基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、
    前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置される前記サセプタに向い合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、前記サセプタに向い合い、前記第２空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部の下部にそれぞれ少なくとも１つ以上の第１基板と第２基板とを配置する基板配置ステップと、
    前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第１基板と前記第２基板に向けてソースガスと反応ガスを順次に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返す第１薄膜形成ステップと、
    前記サセプタを所定の角度で回転させ、前記第１基板を前記第２噴射部の下部に移動させ、前記第２基板を前記第１噴射部の下部に移動させる第１サセプタ回転ステップと、
    前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第２基板と前記第１基板に向けてソースガスと反応ガスを交互に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返す第２薄膜形成ステップと、
    を含むことを特徴とする、基板処理方法。
22. 前記第１噴射部の反応ガスまたは前記第２噴射部の反応ガスのうち少なくとも１つの反応ガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射することを特徴とする、請求項２１に記載の基板処理方法。
23. 前記ソースガスまたは前記反応ガスを噴射するとき、前記サセプタは停止していることを特徴とする、請求項２１に記載の基板処理方法。
24. 前記第２薄膜形成ステップ後に前記サセプタを所定の角度で回転させ、前記第１基板を前記第１噴射部の下部に移動させ、前記第２基板を前記第２噴射部の下部に移動させる第２サセプタ回転ステップをさらに含み、
    前記第１薄膜形成ステップ、前記第１サセプタ回転ステップ、前記第２薄膜形成ステップ及び前記第２サセプタ回転ステップを設定した厚さの薄膜が形成されるまで交互に繰り返すことを特徴とする、請求項２１に記載の基板処理方法。
25. 前記ソースガスと反応ガスが噴射される間または前記反応ガスとソースガスが噴射される間にパージガスをさらに噴射することを特徴とする、請求項２１に記載の基板処理方法。
26. 前記パージガスは、前記ソースガスと前記反応ガスが噴射される間に噴射される第１パージガスと、
    前記反応ガスと前記ソースガスが噴射される間に噴射される第２パージガスと、を含み、
    前記第１パージガスと第２パージガスのうち少なくとも１つ以上は、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項２５に記載の基板処理方法。
27. 前記ソースガスまたは前記反応ガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項２６に記載の基板処理方法。
28. 前記チャンバは、前記第１空間と前記第２空間の間に第３空間をさらに含み、前記第３空間には、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射する第３噴射部を含み、
    前記第１サセプタ回転ステップで、前記第３噴射部から前記サセプタに向けて前記第３パージガスを噴射することを特徴とする、請求項２１に記載の基板処理方法。
29. 前記チャンバは、前記第１空間と前記第２空間の間に第３空間をさらに含み、前記第３空間には、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射する第３噴射部を含み、
    前記第１サセプタ回転ステップまたは前記第２サセプタ回転ステップで、前記第３噴射部から前記サセプタに向けて前記第３パージガスを噴射することを特徴とする、請求項２４に記載の基板処理方法。
30. 前記第３パージガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項２８または請求項２９に記載の基板処理方法。
31. 前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理をすることを特徴とする、請求項２１、請求項２２、請求項２６、請求項２７、請求項２８、請求項２９に記載の基板処理方法。
32. 前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理をすることを特徴とする、請求項３０に記載の基板処理方法。
33. 前記チャンバは、前記第１空間と前記第２空間の間に第３空間をさらに含み、
    前記第３空間には、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射する第３噴射部を含み、
    前記ソースガスまたは前記反応ガスが噴射されるとき、
    前記第３噴射部から前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射することを特徴とする、請求項２５または請求項２６に記載の基板処理方法。
34. 前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理をすることを特徴とする、請求項３３に記載の基板処理方法。
35. 前記第３パージガスは、前記基板に向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項３３に記載の基板処理方法。
36. 前記基板に形成された薄膜に対してプラズマ処理をすることを特徴とする、請求項３５に記載の基板処理方法。
37. 第１空間と前記第１空間と重ならない第２空間とを内部に含むチャンバと、前記第１空間と第２空間で少なくとも１つ以上の基板を支持する回転可能なサセプタと、前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第１噴射部及び前記サセプタに向い合って前記第１空間にガスを噴射する第２噴射部を含む基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、
    前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置される前記サセプタに向い合い、前記第１空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第１噴射部と、前記チャンバ内部で前記第１空間と前記第２空間にわたって配置される前記サセプタに向い合い、前記第２空間に少なくとも２つ以上の互いに異なるガスを噴射する第２噴射部の下部にそれぞれ少なくとも１つ以上の第１基板と第２基板を配置する基板配置ステップと、
    前記第１噴射部と前記第２噴射部からそれぞれ前記第１基板と前記第２基板に向けてソースガスと反応ガスを順次に噴射し、少なくとも１回以上これを繰り返す薄膜形成ステップと、
    を含み、
    前記薄膜形成ステップは、
    第１ガス噴射流路を通じて前記ソースガスを噴射するステップと、
    前記第１ガス噴射流路と異なる経路の第２ガス噴射流路を通じて前記反応ガスを噴射するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする、基板処理方法。
38. 前記ソースガスを噴射するステップは、
    第１電極の突出電極に形成された前記第１ガス噴射流路を通じて前記ソースガスを噴射するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３７に記載の基板処理方法。
39. 前記反応ガスを噴射するステップは、
    前記突出電極に対応する位置に開口が形成された第２電極の開口内面と前記突出電極の側面の間で第２ガス噴射流路を通じて前記反応ガスを噴射するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３８に記載の基板処理方法。
40. 前記チャンバは、前記第１空間と前記第２空間の間に第３空間をさらに含み、前記第３空間には、前記サセプタに向けて第３パージガスを噴射する第３噴射部を含み、
    前記薄膜形成ステップで前記ソースガスまたは前記反応ガスが噴射されるとき、前記第３噴射部から前記サセプタに向けて前記第３パージガスを噴射することを特徴とする、請求項３７に記載の基板処理方法。
41. 前記第３パージガスは、前記サセプタに向けてプラズマ状態に噴射されることを特徴とする、請求項４０に記載の基板処理方法。
    
    

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