KR101533464B1 - 박막 증착 장치, 박막 증착 방법 및 컴퓨터로 판독가능한 기억 매체 - Google Patents
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Abstract
개시된 박막 증착 장치는 일면에 턴 테이블 회전 방향을 따라 기판 수용부를 가지는 턴 테이블과, 제1 반응 가스를 공급하는 제1 반응 가스 공급부와, 제2 반응 가스를 공급하는 제2 반응 가스 공급부와, 제1 반응 가스가 공급되는 제1 프로세스 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 프로세스 영역 사이에 위치된 분리 영역과, 제2 분리 가스를 상기 일면을 따라 배출하는 배출 구멍을 가지는 중앙 영역과, 챔버를 배기하는 배기 개구를 포함하며, 상기 분리 영역은 제1 분리 가스를 분리 영역 내에 공급하는 분리 가스 공급부를 포함하고, 천정면은 좁은 공간을 형성하도록 상기 일면에 대향한다.
턴 테이블, 볼록부, 돌출부, 반송 아암, 코어부
Description
본원은 2008년 6월 27일자로 제출된 미국 출원 번호 제12/147,707호의 부분 연속 출원이며, 그 우선권의 이익을 청구하고, 일본 특허청에 2008년 8월 25일, 2009년 3월 10일, 및 2009년 6월 10일자로 제출된 일본 특허 출원 제2008-215984호, 제2009-56685호, 및 제2009-139575호를 기초로 하고, 그 우선권의 이익을 청구하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함된다.
본 발명은 반응 생성물의 층을 형성하기 위해 기판에 적어도 2개의 소스 가스를 교대로 공급하는 복수의 사이클을 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법과, 상기 박막 증착 장치로 상기 박막 증착 방법을 수행시키는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서의 박막 증착 기술로서, 소위 원자층 증착(ALD) 또는 분자층 증착(MLD)이라고 하는 것이 공지되어 있다. 이러한 박막 증착 기술에 서, 제1 반응 가스는 진공 하에서 반도체 웨이퍼(이하의 명세서에서 웨이퍼라고 칭함)의 표면에 흡수되고, 제2 반응 가스가 웨이퍼의 표면에 흡수되어, 제1 및 제2 반응 가스의 반응을 통해 웨이퍼의 표면에 하나 이상의 원자 또는 분자층을 형성하며, 이렇게 가스들을 교대로 흡수하는 단계가 복수회 반복됨으로써, 웨이퍼 상에 박막이 증착된다. 이러한 기술은 가스들을 교대로 공급하는 회수에 의해 박막의 두께를 고정밀도로 제어할 수 있고, 웨이퍼에 걸쳐서 우수한 균일성을 가지는 박막을 증착할 수 있다는 장점이 있다. 그러므로, 이러한 증착 방법은 반도체 장치의 소형화를 더욱 달성할 수 있는 박막 증착 기술을 보장하는 것으로 여겨진다.
이러한 박막 증착 방법은 예컨대 게이트 절연막(gate insulator)으로서 사용되는 유전체 재료를 증착하기 위해서 양호하게 사용될 수 있다. 게이트 절연막으로서 실리콘 디옥사이드(SiO2)를 증착할 때, 비스(터티어리-부틸아미노) 실란(BTBAS) 가스 등이 제1 반응 가스(소스 가스)로서 사용되고 오존 가스 등이 제2 가스(산화 가스)로서 사용된다.
이러한 증착 방법을 수행하기 위해서, 진공 챔버 및 상기 진공 챔버의 상단 중앙부에 샤워 헤드를 가지는 단일 웨이퍼 증착 장치를 사용하는 것이 고려되어 왔다. 이러한 증착 챔버를 사용하면, 퍼지 가스가 반응 가스들을 퍼지하는데 시간이 오래 걸리며, 사이클의 회수가 수백회에 이를 수 있기 때문에 프로세스 시간이 매우 길어진다. 따라서, 높은 수율을 가능하게 하는 증착 방법 및 장치가 요구된다.
이러한 상황 하에서, 진공 챔버 및 회전 방향을 따라서 복수개의 웨이퍼를 보유하는 회전 테이블을 가지는 박막 증착 장치가 제안되었다.
이하에 기재된 특허 문헌1은 납작한 원통 형상으로 형성된 프로세스 챔버를 가지는 증착 장치를 개시한다. 상기 프로세스 챔버는 2개의 반원형 영역으로 분할된다. 각 영역은 해당 영역의 상단부에 상기 영역을 둘러싸도록 제공된 배기 포트를 가진다. 또한, 프로세스 챔버는 프로세스 챔버의 직경을 따라서 상기 2개의 영역 사이로 분리 가스를 유입시키는 가스 입구 포트를 가진다. 상기 구성으로써, 상이한 반응 가스들이 해당 영역 내로 공급되고, 해당 배기 포트를 통해 배기될 때, 회전 테이블 상에 배치된 웨이퍼가 상기 2개 영역을 교대로 통과할 수 있도록 회전 테이블이 회전된다. 분리 가스가 공급되는 분리 영역은 반응 가스가 공급되는 영역에 비해 낮은 천정을 가진다.
그렇지만, 반응 가스 및 분리 가스는 하향으로 공급된 후 챔버의 상부에 제공된 배기 포트로부터 상향으로 배기되기 때문에, 챔버 내의 입자가 가스의 상향 유동에 의해 위로 날린 후 웨이퍼 상으로 떨어져서, 웨이퍼의 오염을 초래할 수 있다.
특허 문헌2는 복수의 웨이퍼를 보유하고 수평으로 회전가능한 웨이퍼 지지 부재(회전 테이블), 웨이퍼 지지 부재의 회전 방향을 따라서 동일한 각도 간격으로 위치되며 웨이퍼 지지 부재에 대향하는 제1 및 제2 가스 배출 노즐, 및 제1 및 제2 가스 배출 노즐 사이에 위치된 퍼지 노즐을 가지는 프로세스 챔버를 개시한다. 가스 배출 노즐은 웨이퍼 지지 부재의 반경 방향으로 연장된다. 웨이퍼의 상면은 웨이퍼 지지 부재의 상면보다 높고, 배출 노즐과 웨이퍼 지지 부재 상의 웨이퍼 사이 의 거리는 약 0.1 mm 이상이다. 진공 배기 장치가 웨이퍼 지지 부재의 외부 에지와 프로세스 챔버의 내벽 사이의 부분에 연결된다. 이렇게 구성된 프로세스 챔버에 따르면, 퍼지 가스 노즐은 퍼지 가스를 배출하여 가스 커튼을 생성하고, 이로 인해 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스가 혼합되는 것이 방지된다.
그렇지만, 가스 커튼은 반응 가스들의 혼합을 완벽하게 방지할 수 없고, 웨이퍼 지지 부재의 회전으로 인한 회전 방향을 따라서 가스가 유동하기 때문에 반응 가스 중 하나가 가스 커튼을 통과해 유동해서 다른 반응 가스와 부분적으로 혼합되게 할 수 있다. 또한, 회전하는 웨이퍼 지지 부재의 중앙의 빈 공간에 있는 가스에는 원심력이 강하게 작용하지 않기 때문에, 제1(제2) 가스 출구 노즐로부터 배출되는 제1(제2) 반응 가스는 웨이퍼 지지 부재의 중앙 부분을 통과해 유동하여 제2(제1) 가스와 만날 수 있다. 일단 반응 가스들이 챔버 내에서 혼합되면, 예상한 대로의 MLD(또는 ALD) 모드의 박막 증착이 수행될 수 없다.
특허 문헌3은 복수개의 격벽에 의해 원주 방향을 따라서 복수개의 프로세스 영역으로 분할된 프로세스 챔버를 개시한다. 격벽 아래에는 복수개의 웨이퍼가 배치되고 회전가능한 원형 서셉터가 격벽에 대하여 미세한 간격을 두고 제공된다. 또한, 적어도 하나의 프로세스 영역은 배기 챔버로서 기능한다. 이러한 프로세스 챔버에서, 프로세스 영역 중 하나로 유입되는 프로세스 가스는 격벽 아래의 간격을 통해 인접하는 프로세스 영역 내로 확산되어, 상기 인접하는 프로세스 영역 내로 유입된 다른 프로세스 가스와 혼합될 수 있다. 게다가, 프로세스 가스는 배기 챔버 내에서 혼합될 수 있어서, 웨이퍼는 동시에 2개의 프로세스 가스에 노출된다. 그러므로, 이러한 프로세스 챔버에 의해서 ALD(또는 MLD) 모드 증착이 적합한 방식으로 수행될 수 없다.
특허 문헌4는 45도의 나선각을 가지는 4개의 섹터 형상 가스 공급판과, 90도의 각도 간격을 두고 배치된 4개의 가스 공급판과, 프로세스 챔버를 배기하며 인접하는 2개의 가스 공급판 사이에 배치된 배기 포트와, 복수개의 웨이퍼를 보유하고 가스 공급판에 대향하도록 제공된 서셉터를 가지는 프로세스 챔버를 개시한다. 4개의 가스 공급판은 각각 AsH3 가스, H2 가스, 트리메틸 갈륨(TMG) 가스, 및 H2 가스를 각각 배출할 수 있다. 그렇지만, 특허 문헌4는 2개의 소스 가스(AsH3, TMG)가 혼합되는 것을 방지하기 위한 어떤 실제적인 수단도 제공하지 않는다. 이러한 수단의 부재로 인해, 2개의 소스 가스는 H2 가스 공급판을 통하여 서셉터의 중심 근방에서 혼합될 수 있다. 또한, 배기 포트가 인접하는 2개의 가스 공급판 사이에 위치되어 가스를 상향으로 배기하기 때문에, 서셉터 표면으로부터 위로 날려진 입자들이 웨이퍼 오염을 초래한다.
특허 문헌5는 격벽으로 4개의 쿼터로 분할되고 4개의 쿼터 내에 각각 제공된 4개의 서셉터를 가지는 원판과, 십자형으로 연결된 4개의 토출 파이프와, 해당 서셉터 근방에 위치된 2개의 배기 포트를 가지는 프로세스 챔버를 개시한다. 이러한 프로세스 챔버에서, 4개의 웨이퍼가 해당 4개의 서셉터 내에 장착되고, 4개의 토출 파이프가 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 및 또 다른 퍼지 가스를 각각 토출하면서 원판 위에서 십자형상의 중심을 중심으로 회전한다. 이러한 프로세스 챔버에 서, 토출 파이프 중 하나가 쿼터 중 하나를 지나간 후에, 이 쿼터는 짧은 시간에 퍼지 가스에 의해 퍼지될 수 없다. 또한, 쿼터 중의 하나의 반응 가스는 인접하는 쿼터 내로 쉽게 유동할 수 있다. 그러므로, MLD(또는 ALD) 모드 박막 증착을 수행하기가 어렵다.
또한, 특허 문헌6(특허 문헌7, 8)은 복수의 가스가 교대로 타겟(웨이퍼) 상에 흡수되게 하는 원자층 CVD 방법용으로 사용되기에 양호한 박막 증착 장치를 개시한다. 상기 장치에서, 웨이퍼를 유지하는 서셉터가 회전되는 한편, 소스 가스 및 퍼지 가스가 상방에서부터 서셉터로 공급된다. 상기 문헌의 0023, 0024, 및 0025 단락은 챔버의 중앙으로부터 반경 방향으로 연장하는 격벽과, 가스 배출 구멍으로부터 배출된 퍼지 가스인 불활성 가스가 가스 커튼을 형성하도록 소스 가스 또는 퍼지 가스를 서셉터에 공급하기 위해 격벽의 바닥 내에 형성된 가스 배출 구멍을 기재한다. 가스의 배기와 관련하여, 상기 문헌의 단락 0058에는 소스 가스는 배기 채널(30a)을 통해 배기되고, 퍼지 가스는 배기 채널(30b)을 통해 배기된다고 기재되어 있다. 이러한 구성으로써, 소스 가스는 퍼지 가스 구획의 양측에 위치된 소스 가스 구획으로부터 퍼지 가스 구획 내로 유동할 수 있고, 퍼지 가스 구획 내에서 서로 혼합될 수 있다. 결과적으로, 반응 생성물이 퍼지 가스 구획 내에서 생성되어, 입자가 웨이퍼 상으로 낙하될 수 있다.
특허 문헌1 ; 미국 특허 공보 제7,153,542호 (도 6A, 도 6b)
특허 문헌2 : 일본 특허 공개 제2001-254181호 (도 1, 도 2)
특허 문헌3 : 일본 특허 공보 제3,144,664호 (도 1, 도 2, 청구항 제1항)
특허 문헌4 : 일본 특허 공개 평4-287912호
특허 문헌5 : 미국 특허 공보 제6,634,314호
특허 문헌6 : 일본 특허 공개 제2007-247066호 (단락 0023 내지 0025, 0058, 도 12 및 도 13)
특허 문헌7 : 미국 특허 공보 제2007-218701호
특허 문헌8 : 미국 특허 공보 제2007-2187002호
본 발명은 상기와 같은 관점에서 이루어졌으며, 복수의 반응 가스를 기판에 교대로 공급하는 복수의 사이클을 수행하는 박막 증착을 가능하게 하여, 복수의 가스가 웨이퍼 상에서 혼합되지 않게 하면서 반응 가스의 반응 생성물의 복수의 층을 기판 상에 생성하고 이로 인해 높은 생산 수율을 위협하지 않는 적절한 ALD (또는 MLD) 모드 박막 증착을 수행하는 박막 증착 장치, 박막 증착 방법 및 상기 박막 증착 장치가 상기 박막 증착 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 태양은 챔버 내의 반응 생성물의 층을 생성하기 위해, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 교대로 공급하는 사이클을 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치를 제공한다. 상기 박막 증착 장치는 챔버 내에 회전가능하게 제공된 턴 테이블과, 턴 테이블의 일면에 제공되고 내부에 기판이 배치되는 기판 수용부와, 제1 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제1 반응 가스 공급부와, 턴 테이블의 회전 방향을 따라서 제1 반응 가스 공급부로부터 이격되며, 제2 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제2 반응 가스 공급부와, 제1 반응 가스가 공급되는 제1 프로세스 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 프로세스 영역 사이에 상기 회전 방향을 따라서 위치된 분리 영역과, 제1 프로세스 영역과 제2 프로세스 영역을 분리하도록 실질적으로 챔버의 중앙부에 위치되며, 상기 일면을 따라서 제1 분리 가스를 배출하는 배출 구멍을 가지는 중앙 영역과, 챔버를 배기시키도록 챔버 내에 제공된 배기 개구를 포함한다. 상기 박막 증착 장치에서, 상기 분리 영역은 제2 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부와, 턴 테이블의 일면에 대하여, 회전 방향에 대해 분리 영역으로부터 프로세스 영역으로 제2 분리 가스가 유동할 수 있는 좁은 공간을 생성하는 천정면을 포함한다.
본 발명의 제2 태양은 제1 태양에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 중앙 영역은 턴 테이블의 회전 중심부와 챔버의 내측 상면에 의해 한정되며, 상기 중앙 영역은 제1 분리 가스에 의해 퍼지된다.
본 발명의 제3 태양은 제1 태양에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 중앙 영역은 챔버의 내측 상면과 챔버의 바닥면 사이에 제공된 기둥 부재와, 상기 기둥 부재가 회전 슬리브의 내부에 위치될 수 있도록 하기 위해 회전가능하게 제공된 회전 슬리브를 포함하며, 상기 회전 슬리브는 턴 테이블의 회전축으로서 기능한다.
본 발명의 제4 태양은 제1 내지 제3 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장 치를 제공하며, 상기 배기 개구는 턴 테이블의 외측 주연부 에지와 챔버의 내측 주연벽 사이의 간격을 통해 챔버를 배기시킨다.
본 발명의 제5 태양은 제1 내지 제4 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 영역 내의 압력은 제1 및 제2 프로세스 영역 내의 압력보다 크다.
본 발명의 제6 태양은 제1 내지 제5 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 기판 수용부에 배치된 기판의 표면과 기판 수용부를 제외한 턴 테이블의 상면 사이의 높이 차는 5 mm 이하이다.
본 발명의 제7 태양은 제1 내지 제6 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 제1 반응 가스를 제1 가스 공급부로 유입시키도록 구성된 제1 가스 유입 포트와, 상기 제2 반응 가스를 제2 가스 공급부로 유입시키도록 구성된 제2 가스 유입 포트와, 상기 분리 가스를 분리 가스 공급부로 유입시키도록 구성된 제3 가스 유입 포트를 더 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 가스 유입 포트는 챔버의 주연벽과 챔버의 중앙부 중 적어도 하나에 제공된다.
본 발명의 제8 태양은 제1 내지 제7 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 가스 공급부는 턴 테이블의 회전 중심으로부터 턴 테이블의 외측 주연부를 향하는 방향, 및 상기 주연부로부터 상기 회전 중심을 향하는 방향의 복수의 방향 중 하나를 따라서 배열된 복수의 배출 구멍을 포함한다.
본 발명의 제9 태양은 제1 내지 제8 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 영역의 천정면은 평면이다.
본 발명의 제10 태양은 제1 내지 제8 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 영역의 천정면은 곡면이다.
본 발명의 제11 태양은 제1 내지 제10 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 제1 프로세스 영역 및 제2 프로세스 영역에 대응하여 복수개의 배기 개구가 제공되어, 상기 배기 개구 중 하나로부터는 제1 반응 가스를, 다른 하나로부터는 제2 반응 가스를 실질적으로 독립적으로 배기시킨다.
본 발명의 제12 태양은 제1 내지 제11 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 턴 테이블을 가열하는 가열부를 더 포함한다.
본 발명의 제13 태양은 제1 내지 제12 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 가열부는 턴 테이블의 하방에 위치된다.
본 발명의 제14 태양은 제1 내지 제12 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 가열부는 턴 테이블의 상방에 위치된다.
본 발명의 제15 태양은 제1 내지 제14 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 퍼지 가스를 턴 테이블 아래의 공간에 공급하여, 턴테이블의 외측 주연부로부터 상기 공간 내로 유동하는 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 양을 감소시키는 퍼지 가스 공급부를 더 포함한다.
본 발명의 제16 태양은 제1 내지 제15 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 영역은 챔버의 내측 주연벽에 인접하는 천정면의 에지로부터 절곡되어 턴 테이블의 외측 주연부와 챔버의 내측 주연벽 사이에 개재되는 절곡부를 포함하며, 상기 절곡부와 턴 테이블의 외측 주연부 사이의 간격은 제1 반 응 가스와 제2 반응 가스가 진입하지 않도록 결정된다.
본 발명의 제17 태양은 제1 내지 제16 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 영역 내에 좁은 공간을 생성하는 천정면에서는, 턴 테이블이 회전할 때 턴 테이블의 기판 수용부 내에 배치된 기판의 중심이 지나가는 경로에 상응하는 원호를 따르는 거리가 약 50 mm 이상이다.
본 발명의 제18 태양은 제1 내지 제17 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 턴 테이블은 그 회전 방향을 따라 복수의 기판 수용부를 포함한다.
본 발명의 제19 태양은 제1 내지 제18 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 챔버는 턴 테이블과 챔버 외부의 반송 기구 사이에서 기판이 전방 및 후방으로 반송되어 통과하는 반송 개구를 가지며, 상기 반송 개구는 챔버의 측벽에 제공된 게이트 밸브에 의해 개폐가능하다.
본 발명의 제20 태양은 제1 내지 제19 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 가스 공급부와 회전 방향에 대해 상류에 위치된 천정면 에지 사이의 회전 방향으로의 거리는 턴 테이블의 반경 방향으로 외측 지점으로 갈수록 더 길어진다.
본 발명의 제21 태양은 제1 내지 제20 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 분리 영역의 천정면은 실질적으로 부채꼴 형상이다.
본 발명의 제22 태양은 내부에 기판 반송 기구를 가지는 반송 챔버와, 반송 챔버에 기밀식으로 연결된 제1항의 박막 증착 장치와, 진공으로 배기될 수 있고, 반송 챔버에 기밀식으로 연결된 예비 챔버를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제23 태양은 챔버 내에 반응 생성물의 층을 생성하기 위해, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 교대로 공급하는 사이클을 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 방법을 제공한다. 상기 박막 증착 방법은 챔버 내에 회전가능하게 제공된 턴 테이블 상에 기판을 배치하는 단계와, 기판이 배치된 턴 테이블을 회전시키는 단계와, 제1 반응 가스 공급부로부터 턴 테이블로 제1 반응 가스를 공급하는 단계와, 턴 테이블의 회전 방향을 따라서 제1 반응 가스 공급부로부터 이격된 제2 반응 가스 공급부로부터 턴 테이블로 제2 반응 가스를 공급하는 단계와, 분리 영역의 천정면과 턴 테이블 사이에 생성된 좁은 공간 내에서 턴 테이블의 회전 방향으로 분리 영역으로부터 프로세스 영역으로 제1 분리 가스를 유동시키도록, 제1 반응 가스 공급부로부터 제1 반응 가스가 공급되는 제1 프로세스 영역과 제2 반응 가스 공급부로부터 제2 반응 가스가 공급되는 제2 프로세스 영역 사이에 위치된 분리 영역 내에 제공된 분리 가스 공급부로부터 제1 분리 가스를 공급하는 단계와, 챔버의 중앙부에 위치되는 중앙 영역 내에 형성된 배출 구멍으로부터 제2 분리 가스를 공급하는 단계와, 챔버를 배기하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제24 태양은 제23 태양에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 중앙 영역은 턴 테이블의 회전 중심부와 챔버의 내측 상면에 의해 한정되며, 상기 중앙 영역은 제1 분리 가스에 의해 퍼지된다.
본 발명의 제25 태양은 제23 태양에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 중앙 영역은 챔버의 내측 상면과 챔버의 바닥면 사이에 제공된 기둥 부재와, 상기 기둥 부재가 회전 슬리브의 내부에 위치될 수 있도록 하기 위해 회전가능하게 제공된 회전 슬리브를 포함하며, 상기 회전 슬리브는 턴 테이블의 회전축으로서 기능한다.
본 발명의 제26 태양은 제23 또는 제24 태양에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 배기 단계에서, 챔버는 턴 테이블의 외측 주연부 에지와 챔버의 내측 주연벽 사이의 간격을 통해 배기된다.
본 발명의 제27 태양은 제23 내지 제26 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 분리 영역 내에 좁은 공간을 생성하는 천정면에서는, 턴 테이블이 회전할 때 턴 테이블의 기판 수용부 내에 배치된 기판의 중심이 지나가는 경로에 상응하는 원호를 따르는 거리가 약 50 mm 이상이다.
본 발명의 제28 태양은 제23 내지 제27 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 분리 영역 내의 압력은 제1 및 제2 프로세스 영역 내의 압력보다 크다.
본 발명의 제29 태양은 제23 내지 제28 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 분리 영역 내의 압력은 프로세스 영역 내의 압력보다 크다.
본 발명의 제30 태양은 제23 내지 제29 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 턴 테이블을 가열하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제31 태양은 제23 내지 제30 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 제1 반응 가스가 반응 가스의 수에 상응하게 제공된 복수의 배기 개구 중 하나로부터 실질적으로 독립적으로 배기되고, 제2 반응 가스가 상기 복수의 배기 개구 중 다른 하나로부터 실질적으로 독립적으로 배기된다.
본 발명의 제32 태양은 제23 내지 제31 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 박막 증착이 수행될 때 턴 테이블의 아래의 공간에 퍼지 가스를 공급하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제33 태양은 챔버 내에 반응 생성물의 층을 생성하기 위해, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 교대로 공급하는 사이클을 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치에서 사용되는 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체이며, 상기 프로그램은 박막 증착 장치가 제23항의 박막 증착 방법을 수행하게 하는 일련의 단계를 포함하는 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체를 제공한다.
본 발명의 제34 태양은 제1 내지 제21 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 제3 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제3 반응 가스 공급부와, 제4 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제4 반응 가스 공급부와, 제1 반응 가스 공급부로부터의 제1 반응 가스와 제2 반응 가스 공급부로부터의 제2 반응 가스를 통한 제1 박막의 증착이 제3 반응 가스 공급부로부터의 제3 반응 가스와 제4 반응 가스 공급부로부터의 제4 반응 가스를 통한 제2 박막의 증착과 교대로 수행되도록 제1 내지 제4 반응 가스 공급부를 제어하도록 구성된 제어부를 더 포함하며, 상기 제3 반응 가스 및 제4 반응 가스는 제1 반응 가스와 제2 반응 가스로부터 형성된 제1 반응 생성물과 상이한 제2 반응 생성물을 생성할 수 있고, 제4 반응 가스 공급부는 턴 테이블의 회전 방향을 따라서 제3 반응 가스 공급부로부터 이격된다.
본 발명의 제35 태양은 제34 태양에 따른 박막 증착 장치를 제공하며, 상기 제1 반응 가스 공급부는 제3 반응 가스 공급부로도 기능하며, 제2 반응 가스 공급부는 제4 반응 가스 공급부로도 기능한다.
본 발명의 제36 태양은 제23 태양 내지 제34 태양 중 어느 하나에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 제3 반응 가스 공급부로부터의 제3 반응 가스와 제4 반응 가스 공급부로부터의 제4 반응 가스를 기판에 교대로 공급하여, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스로부터 증착된 반응 생성물과 상이한 반응 생성물을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 제3 반응 가스 공급부와 제4 반응 가스 공급부는 턴 테이블의 회전 방향으로 서로 이격되게 배열되고, 상기 제3 반응 가스와 제4 반응 가스를 교대로 공급하는 단계는 제1 반응 가스를 공급하는 단계와 제2 반응 가스를 공급하는 단계가 교대로 수행된 후에 수행된다.
본 발명의 제37 태양은 제36 태양에 따른 박막 증착 방법을 제공하며, 상기 제1 반응 가스 공급부는 제3 반응 가스 공급부로도 기능하며, 제2 반응 가스 공급부는 제4 반응 가스 공급부로도 기능한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서로 반응하는 복수의 반응 가스가 웨이퍼의 표면에 교대로 공급되고, 상기 교대 공급이 복수회 반복되어서 반응 생성물의 복수의 층을 형성할 때, 웨이퍼는 턴 테이블 상에 배치되고 복수의 반응 가스는 턴 테이블 의 회전에 의해 웨이퍼 표면에 공급되며, 이로 인해 높은 수율의 박막 증착이 실현된다.
제1 반응 가스 공급부와 제2 반응 가스 공급부 사이에 분리 가스 공급부가 제공되고, 낮은 천정면과 턴 테이블 사이에 좁은 공간을 형성하기 위해 분리 가스 공급부의 양측에 낮은 천정면이 제공되어, 반응 가스가 분리 영역으로 진입하는 것이 방지된다. 게다가, 제1 분리 가스가 중앙 영역으로부터 턴 테이블의 외측 주연부를 향해 배출되고, 중앙부로부터 배출되는 제1 분리 가스와 분리 영역의 양측을 향해 확산되는 제2 분리 가스를 따라서, 반응 가스가 내측 주연벽과 턴 테이블의 외측 주연부 사이의 간격을 통해 배기된다. 그러므로, 제1 및 제2 반응 가스가 혼합되는 것이 방지되고, 이로 인해, 예측한 바의 MLD(ALD) 모드 박막 증착이 수행된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 명백하다.
본 발명의 비한정적이며 예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 도면에서, 동일하거나 대응하는 도면 부호는 동일하거나 대응하는 부재 또는 부품에 부여되었다. 도면은 본 발명을 예시하는 것이며, 부재 또는 부품의 단독 또는 그들 사이에 비례 또는 상대적인 비율을 지시하려는 의도가 없음을 유념해야 한다. 그러므로, 구체적인 두께 또는 치수는 이하의 비한정적인 실시예의 견지에서 본 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에 의해 결정되어야 한다.
도 3의 I-I'선을 따라서 취한 단면도인 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치는 납작한 원통 형상을 가지는 진공 챔버(1)와, 챔버(1) 내부에 위치된 턴 테이블(2)을 가지며, 진공 챔버(1)의 중앙에 회전 중심을 가진다. 진공 챔버(1)는 천정판(11)이 챔버 본체(12)로부터 이격되도록 만들어진다. 천정판(11)은 O-링(13)과 같은 밀봉 부재를 거쳐서 챔버 본체(12)를 향해 가압되므로, 진공 챔버(1)는 기밀하게 밀봉된다. 한편, 천정판(11)이 챔버 본체(12)로부터 제거되어야 할 때 천정판(11)은 구동 기구(도시 안됨)에 의해 들어올려질 수 있다.
턴 테이블(2)은 원통형으로 형성된 코어부(21)에 회전에 대해 고정된다. 코어부(21)는 수직 방향으로 연장하는 회전축(22)의 상단부에 고정된다. 회전축(22)은 챔버 본체(12)의 바닥부(14)를 관통하며, 그 하단부는 본 실시예에서 회전축(22)을 시계 방향으로 회전시킬 수 있는 구동 기구(23)에 고정된다. 회전축(22) 및 구동 기구(23)는 바닥을 가진 원통을 가지는 케이스 본체(20) 내에 내장된다. 케이스 본체(20)는 케이스 본체(20)의 내부 환경을 외부 환경으로부터 격리하는 플랜지형 파이프부(20a)를 거쳐서 바닥부(14)의 바닥면에 기밀식으로 고정된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 도 3에는 하나의 웨이퍼(W) 밖에 도시되지 않았지만, 각각이 웨이퍼(W)를 수용하는 복수(도시된 예에서는 5개)의 원형 오목부(24)가 턴 테이블(2)의 상면에 형성된다. 원형 오목부(24)는 턴 테이블(2) 내에 동일한 각도 간격으로 위치된다. 도 4a는 도 3에서 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 제2 반응 가스 노즐(32)까지 연장되는 원호를 따라서 취한 투영 단면도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 오목부(24)는 웨이퍼(W)의 직경 보다 약간 큰, 예컨대 4 mm 만큼 큰 직경을 가지며, 웨이퍼(W)의 두께와 동일한 깊이를 가진다. 그러므로, 웨이퍼(W)가 오목부(24) 내에 배치되면, 웨이퍼(W)의 표면은 오목부(24)를 제외한 영역인 턴 테이블(2)의 영역의 표면과 동일 면을 이룬다. 상기 영역과 웨이퍼(W) 사이에 상대적으로 큰 단차부가 있다면, 상기 단차부에 의해 가스 유동 난류가 야기되고, 이는 웨이퍼(W) 전체에 걸쳐 두께 균일성에 악영향을 미칠 수 있다. 그렇기 때문에, 두개의 표면은 동일 면을 이루어야 한다. 여기서, "동일 면"의 의미는 높이 차가 약 5 mm 이하를 의미하는 것이고, 그렇지만, 상기 차이는 가공 정밀도가 허용하는 범위 내에서 가능한 제로에 가까워야 한다. 오목부(24)의 바닥부에 3개의 대응 승강 핀(도 8 참조)이 관통하여 상승/하강하는 3개의 관통구멍(도시 안됨)이 형성된다. 승강 핀은 웨이퍼(W)의 배면을 지지하고 웨이퍼(W)를 상승/하강시킨다.
오목부(24)는 웨이퍼(W)를 위치 설정하고, 턴 테이블(2)의 회전에 의한 원심력에 의해 웨이퍼(W)가 밖으로 튕겨나가는 것을 방지하기 위해 제공된 웨이퍼(W) 수용 영역이다. 그렇지만, 상기 웨이퍼(W) 수용 영역은 오목부(24)로 한정되지 않으며, 웨이퍼(W)의 에지를 유지하도록 턴 테이블(2) 상에 소정의 각도 간격으로 위치된 가이드 부재에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 웨이퍼(W) 수용 영역은 정전 척에 의해 수행될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 챔버(1)는 제1 반응 가스 노즐(31), 제2 반응 가스 노즐(32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)을 턴 테이블(2) 상방에 가지며, 이들 모두는 소정의 각도 간격으로 반경 방향으로 연장된다. 이러한 구성으로써, 오목 부(24)는 노즐(31, 32, 41, 및 42)의 아래로 지나갈 수 있다. 도시된 예에서, 제2 반응 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41), 제1 반응 가스 노즐(31), 및 분리 가스 노즐(42)이 상기 순으로 시계방향으로 배열된다. 이들 가스 노즐(31, 32, 41, 및 42)은 챔버 본체(12)의 주연 벽부를 관통하고 각각 가스 입구 포트(31a, 32a, 41a, 및 42a)인 각자의 기부 단부를 상기 벽부의 외측 주연부에 부착함으로써 지지된다. 도시된 예에서 가스 노즐(31, 32, 41, 42)이 챔버(1)의 주연 벽부로부터 챔버(1) 내로 유입되지만, 이들 노즐(31, 32, 41, 42)은 링형 돌출부(5)(이후에 설명됨)로부터 유입될 수 있다. 이러한 경우에, L-형 도관이 돌출부(5)의 외측 주연면 및 천정판(11)의 외측 상면 상에 개방되도록 제공될 수 있다. 이러한 L-형 도관으로써, 노즐(31)(32, 41, 42)은 챔버(1) 내측의 L-형 도관의 하나의 개구에 연결될 수 있고, 가스 입구 포트(31a)(32a, 41a, 42a)는 챔버(1) 외측의 L-형 도관의 다른 개구에 연결될 수 있다.
도시되지 않았지만, 제1 반응 가스 노즐(31)은 제1 소스 가스인 비스(터티어리-부틸아미노) 실란(BTBAS)의 가스 공급원에 연결되고, 제2 반응 가스 노즐(32)은 제2 소스 가스인 O3(오존)가스의 가스 공급원에 연결된다.
반응 가스 노즐(31, 32)은 해당 소스 가스를 하향으로 배출하는 복수의 배출 구멍(33)을 가진다. 복수의 배출 구멍(33)은 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향으로 소정 간격을 두고 배열된다. 배출 구멍(33)은 약 0.5 mm의 내경을 가지며, 본 실시예에서 약 10 mm의 간격으로 배열된다. 반응 가스 노즐(31, 32)은 본 실시 예에서 각각 제1 반응 가스 공급부 및 제2 반응 가스 공급부이다. 또한, 반응 가스 노즐(31) 아래의 영역은 BTBAS 가스가 웨이퍼(W) 상에 흡수되는 제1 프로세스 영역(P1)이고, 반응 가스 노즐(32) 아래의 영역은 O3 가스가 웨이퍼(W) 상에 흡수되는 제2 프로세스 영역(P2)이다.
한편, 분리 가스 노즐(41, 42)은 N2(질소)가스의 공급원에 연결된다(도시 안됨). 분리 가스 노즐(41, 42)은 복수의 배출 구멍(40)으로부터 하향으로 분리 가스를 배출하는 복수의 배출 구멍(40)을 가진다. 상기 복수의 배출 구멍(40)은 분리 가스 노즐(41, 42)의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 배열된다. 배출 구멍(40)은 약 0.5 mm의 내경을 가지고, 본 실시예에서 약 10 mm의 간격으로 배열된다.
분리 가스 노즐(41, 42)은 제1 프로세스 영역(P1)과 제2 프로세스 영역(P2)을 분리하도록 구성된 분리 영역(D) 내에 제공된다. 각각의 분리 영역(D)에는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 천정판(11)에 볼록부(4)가 제공된다. 볼록부(4)는 위에서 봤을 때, 챔버(1)의 중심에 꼭지점을 가지고, 챔버 본체(12)의 내측 주연벽 근방을 따라 놓인 원호형 주연부를 가지는 부채꼴 형상을 가진다. 또한, 볼록부(4)는 실질적으로 볼록부(4)를 이등분하듯이 반경 방향으로 연장되는 홈부(43)를 가진다. 분리 가스 노즐(41)(42)은 상기 홈부(43) 내에 위치된다. 분리 가스 노즐(41)(42)의 중심축과 부채꼴형 볼록부(4)의 일 측면 사이의 원주 거리는 분리 가스 노즐(41)(42)의 중심축과 부채꼴형 볼록부(4)의 다른 측면 사이의 다른 원주 거리와 실질적으로 동일하다. 그런데, 본 실시예에서 홈부(43)는 볼록부(4)를 이등분하도록 형성되지만, 다른 실시예에서 홈부(42)는 턴 테이블(2)의 회전 방향에 대해 볼록부(4)의 상류 측이 보다 넓어지도록 형성된다.
상기 구성에 의하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 분리 가스 노즐(41)(42)의 양측에는 평탄하고 낮은 천정면(44)(제1 천정면)이 있고, 대응하는 낮은 천정면(44)의 외측에는 높은 천정면(45)(제2 천정면)이 있다. 볼록부(4)[천정면(44)]는 볼록부(4)와 턴 테이블(2) 사이에 좁은 공간(h)인 분리 공간을 제공하여, 제1 및 제2 반응 가스가 상기 좁은 공간으로 진입하고 혼합되는 것을 방해한다.
도 4b를 참조하면, 턴 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 반응 가스 노즐(32)로부터 볼록부(4)를 향해 유동하는 O3 가스는 볼록부(4)와 턴 테이블(2) 사이의 공간으로 진입하는 것을 방해받고, 턴 테이블(2)의 회전 방향의 반대 방향을 따라서 반응 가스 노즐(31)로부터 볼록부(4)를 향해 유동하는 BTBAS 가스는 볼록부(4)와 턴 테이블(2) 사이의 공간으로 진입하는 것을 방해받는다. "가스는 진입하는 것을 방해받는다"는 것은 분리 가스 노즐(41)로부터 배출된 분리 가스인 N2 가스가 제1 천정면(44)과 턴 테이블(2)의 상면 사이로 확산되고, 도시된 실시예에서 대응하는 제1 천정면(44)과 인접하는 제2 천정면(45)의 아래의 공간으로 유동해나감으로써, 가스가 제2 천정면(45)의 아래의 공간으로부터 분리 공간으로 진입할 수 없다는 것을 의미한다. "가스가 분리 공간으로 진입할 수 없다"는 것은 가스가 분리 공간으로 진입하는 것이 완전히 방지되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 가스가 분리 가스 노 즐(41)을 향해 더 이상 진행할 수 없어서 반응 가스의 일부가 분리 영역으로 진입한다 하더라도 서로 혼합될 수 없다는 것을 의미한다. 즉, 이러한 효과가 입증되는 한, 분리 영역(D)은 제1 프로세스 영역(P1)과 제2 프로세스 영역(P2)을 분리하는 것이다. 그런데, 웨이퍼(W) 상에 흡수된 BTBAS 가스 또는 O3 가스는 볼록부(4) 아래로 지나갈 수 있다. 그러므로, "가스는 진입하는 것을 방해받는다"에서 가스란 기체 상태의 가스를 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 돌출부(5)의 내층 주연부가 코어부(21)의 외측 주연부를 대면하도록 링 형상 돌출부(5)가 천정판(11)의 배면에 제공된다. 돌출부(5)는 코어부(21)의 외측 영역에서 턴 테이블(2)에 대향한다. 또한, 돌출부(5)의 배면과 볼록부(4)의 배면은 하나의 평면을 형성한다. 다시 말해서, 턴 테이블(2)로부터 돌출부(5)의 배면까지의 높이는 볼록부(4)의 배면의 높이와 동일하고, 이하에서는 이 높이를 높이(h)라고 칭한다. 그런데, 다른 실시예에서는 볼록부(4)는 돌출부(5)와 일체형으로 형성되는 것이 아니라 별개로 형성된다. 도 2 및 도 3은 볼록부(4)는 챔버(1) 내측에 남기고 상판(11)이 제거된 챔버(1)의 내측 구성을 도시한다.
분리 영역(D)은 상기 실시예에서 볼록부(4)인 부채꼴 형상 판에 홈부(43)를 형성하고, 상기 홈부(43) 내에 분리 가스 노즐(41)을 위치시킴으로써 구성된다. 그렇지만, 2개의 부채꼴 형상 판이 분리 가스 노즐(41)(32)의 양측에 위치되도록 2개의 부채꼴 형상 판을 나사에 의해 천정판(11)의 하면에 부착할 수 있다.
약 300 mm의 직경을 가지는 웨이퍼(W)가 챔버(1) 내에서 프로세스 된다고 가정하면, 본 실시예에서, 볼록부(4)는 턴 테이블(2)의 회전 중심으로부터 140 mm의 거리에 있는 내측 원호(li)(도 3)를 따라서 예컨대 약 146 mm의 원주 길이와 턴 테이블(2)의 오목부(24)의 최외곽에 상응하는 외측 원호(lo)(도 3)를 따라서 예컨대 약 502 mm의 원주 길이를 가진다. 또한, 외측 원호(lo)를 따라서 볼록부(4)의 일 측벽으로부터 홈부(43)의 최근방 측벽까지의 원주 길이는 약 246 mm이다.
또한, 턴 테이블(2) [또는 웨이퍼(W)]의 상면으로부터 측정된 볼록부(4)의 배면 또는 천정면(44)의 높이(h)(도 4a)는 예컨대 약 0.5 mm 내지 약 10 mm이고, 약 4 mm가 양호하다. 이 경우, 턴 테이블(2)의 회전 속도는 예컨대 1 내지 500 분당 회전수(rpm)이다. 분리 영역(D)에 의해 수행되는 분리 기능을 확인하기 위해, 볼록부(4)의 치수 및 턴 테이블(2)로부터 천정면(44)까지의 높이(h)를 실험시의 챔버(1) 내 압력 및 턴 테이블(2)의 회전 속도에 따라서 결정할 수 있다. 그런데, 본 실시예에서 분리 가스는 N2지만, 다른 실시예에서는, 분리 가스가 실리콘 디옥사이드의 증착에 악영향을 주지 않는 한, He 및 Ar 또는 H2와 같은 불활성 가스가 될 수 있다.
도 5는 도 3의 A-A 선을 따라 취한 챔버(1)의 단면도의 절반부를 도시하며, 여기서 볼록부(4)가 볼록부(4)와 일체형으로 형성된 돌출부(5)와 함께 도시된다. 도 5를 참조하면, 볼록부(4)는 볼록부(4)의 외측 주연 에지에서 L-형상으로 절곡된 절곡부(46)를 가진다. 볼록부(4)는 천정판(11)의 배면에 부착되고 천정판(11)과 함께 챔버 본체(12)로부터 제거되기 때문에, 절곡부(46)와 턴 테이블(2)의 사이 및 절곡부(46)와 챔버 본체(12)의 사이에는 미세한 간격이 있지만, 절곡부(46)는 실질적으로 턴 테이블(2)과 챔버 본체(12) 사이의 공간을 채우며, 이로 인해 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 배출되는 제1 반응 가스(BTBAS)와 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 배출되는 제2 반응 가스(오존)가 턴 테이블(2)과 챔버 본체(12) 사이의 공간을 통해 혼합되는 것이 방지된다. 절곡부(46)와 턴 테이블(2) 사이 및 절곡부(46)와 챔버 본체(12) 사이의 간격은 턴 테이블(2)로부터 천정면(44)까지의 높이(h)와 동일할 수 있다. 도시된 예에서, 턴 테이블(2)의 외측 주연면을 대면하는 측벽은 분리 영역(D)의 내측 주연벽으로서 기능한다.
이하에서 도 3의 B-B 선을 따라 취한 단면도인 도 1을 다시 참조하면, 챔버 본체(12)는 턴 테이블(2)의 외측 주연면에 대향하는 내측 주연부에 만입부를 가진다. 이하에서 만입부는 배기 영역(6)이라고 칭한다. 배기 영역 아래에는 배기 포트(62)용으로도 사용될 수 있는 배기 파이프(63)를 통해 진공 펌프(64)에 연결된 배기 포트(61)가 있다[다른 배기 포트(62)는 도 3 참조]. 또한, 배기 파이프(63)에는 압력 제어기(65)가 제공된다. 복수의 압력 제어기(65)가 해당 배기 포트(61, 62)에 제공될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 배기 포트(61)는 제1 반응 가스 노즐(31)과 전방에서 봤을 때 제1 반응 가스 노즐(31)에 대해 턴 테이블(2)의 시계 방향의 회전 방향에 대해 하류에 위치된 볼록부(4) 사이에 위치된다. 이러한 구성으로써, 배기 포트(61)는 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 배출된 BTBAS 가스를 실질적으로 독립적으로 배기할 수 있다. 한편, 배기 포트(62)는 제2 반응 가스 노즐(32)과 전방에서 봤을 때 제2 반응 가스 노즐(32)에 대해 턴 테이블(2)의 시계 방향의 회전 방향에 대해 하류에 위치된 볼록부(4) 사이에 위치된다. 이러한 구성으로써, 배기 포트(62)는 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 배출된 O3 가스를 실질적으로 독립적으로 배기할 수 있다. 그러므로, 상기와 같이 구성된 배기 포트(61, 62)는 분리 영역(D)이 BTBAS 가스와 O3 가스가 혼합되는 것을 방지하는 것을 보조할 수 있다.
본 실시예에서는 2개의 배기 포트(61, 62)가 챔버 본체(12) 내에 만들어졌지만, 다른 실시예에서는 3개의 배기 포트가 제공될 수 있다. 예컨대, 추가적인 배기 포트가 제2 반응 가스 노즐(32)과 상기 제2 반응 가스 노즐(32)에 대해 턴 테이블(2)의 시계 방향 회전에 대해 상류에 위치된 분리 영역(D) 사이의 영역에 만들어질 수 있다. 또한, 더 추가적인 배기 포트가 챔버 본체(12) 내의 임의의 위치에 만들어질 수 있다. 도시된 예에서, 챔버 본체(12)의 내측 주연벽과 턴 테이블(2)의 외측 주연면 사이의 영역을 통해 챔버(1)를 배기하기 위해 배기 포트(61, 62)가 턴 테이블(2)의 아래에 위치되지만, 상기 배기 포트는 챔버 본체(12)의 측벽에 위치될 수도 있다. 또한, 배기 포트(61, 62)가 챔버 본체(12)의 측벽에 제공될 때, 배기 포트(61, 62)는 턴 테이블(2) 보다 높은 위치에 위치될 수 있다. 이 경우에, 가스는 턴 테이블(2)의 상면을 따라서 턴 테이블(2) 보다 높게 위치된 배기 포트(61, 62) 내로 유동한다. 그러므로, 배기 포트가 예컨대 천정판(11)에 제공되는 경우에 비해서 챔버(1) 내의 입자가 가스에 의해 흩날리지 않는다는 장점이 있다.
도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가열부로서 링-형상 히터 유닛(7)이 챔버 본체(12)의 바닥부(14)와 턴 테이블(2) 사이의 공간에 제공되어, 턴 테이블(2) 상에 배치된 웨이퍼(W)가 프로세스 레시피에 의해 결정된 온도에서 턴 테이블(2)을 통해 가열된다. 또한, 커버 부재(71)가 턴 테이블(2) 아래 및 턴 테이블(2)의 외측 주연부 근방에 히터 유닛(7)을 둘러싸도록 제공되어서, 히터 유닛(7)이 위치된 공간이 커버 부재(71)의 외측 영역으로부터 구획된다. 커버 부재(71)는 상단부에 플랜지부(71a)를 가진다. 플랜지부(71a)는 커버 부재(71)의 내측으로 가스가 유동하는 것을 방지하기 위해 턴 테이블(2)의 배면과 플랜지부 사이에 미세한 간격이 유지되도록 배열된다.
다시 도 1을 참조하면, 바닥부(14)는 링-형상 히터 유닛(7)의 내측 영역 내부에 융기부를 가진다. 융기부와 턴 테이블(2) 사이 및 융기부와 코어부(21)의 사이에 미세한 간격을 유지한 상태로, 융기부의 상면은 턴 테이블(2)의 배면 및 코어부(21)에 근접하게 된다. 또한, 바닥부(14)는 회전축(22)이 통과하는 중앙 구멍을 가진다. 중앙 구멍의 내경은 플랜지형 파이프부(20a)를 통해 케이스 본체(20)와 연통하기 위한 간격을 유지한 상태로, 회전축(22)의 직경 보다 약간 크다. 퍼지 가스 공급 파이프(72)는 플랜지형 파이프부(20a)의 상부에 연결된다. 또한 히터 유닛(7)이 내장된 공간을 퍼지하기 위해 복수의 퍼지 가스 공급 파이프(73)가 소정의 각도 간격을 두고 히터 유닛(7) 아래의 영역에 연결된다.
이러한 구성으로써, N2 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 파이프(72)로부터 히터 유닛 공간까지 회전축(22)과 바닥부(14)의 중앙 구멍 사이의 간격과, 코어부(21)와 바닥부(14)의 융기부 사이의 간격과, 바닥부(14)의 융기부와 턴 테이블(2)의 배면 사이의 간격을 통해 유동할 수 있다. 또한 N2 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급 파이프(73)로부터 히터 유닛(7) 아래의 공간까지 유동할 수 있다. 이후 이들 N2 퍼지 가스는 배기 포트(61) 내로 커버 부재(71)의 플랜지부(71a)와 턴 테이블(2)의 배면 사이의 간격을 통해 유동한다. N2 퍼지 가스의 이들 유동은 도 7에 화살표로 개략적으로 도시된다. 이들 N2 퍼지 가스는 제1(제2) 반응 가스가 턴 테이블(2)아래의 공간 주위로 유동하여 제2(제1) 반응 가스와 혼합되는 것을 방지하는 분리 가스로서 기능한다.
도 7을 참조하면, 분리 가스 공급 파이프(51)가 챔버(1)의 천정판(11)의 중앙부에 연결되어 N2 가스가 천정판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리가스로서 공급된다. 상기 공간(52)에 공급된 분리 가스는 돌출부(5)와 턴 테이블(2) 사이의 간격(50)을 통과한 후 턴 테이블(2)의 상면을 따라서 유동하고, 배기 영역(6)에 도달한다. 공간(52) 및 간격(50)은 N2 가스로 채워지기 때문에, 반응 가스(BTBAS, O3)는 턴 테이블(2)의 중앙부를 통해서 혼합될 수 없다. 다시 말해서, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치에는 제1 프로세스 영역(P1)과 제2 프로세스 영역(P2)을 격리시키기 위해 턴 테이블(2)의 중앙부와 챔버(1)에 의해 형성된 중앙 영역(C)이 제공되며, 상기 박막 증착 장치 분리 가스를 턴 테이블(2)의 상면을 향해 배출하는 배출 개구를 가지도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 배출 개구는 돌출부(5)와 턴 테이블(2) 사이의 간격(50)에 상응한다.
또한, 도 2, 도 3, 및 도 8에 도시된 바와 같이 챔버 본체(12)의 측벽에는 반송 개구(15)가 형성된다. 반송 개구(15)를 통하여 반송 아암(10)에 의해 웨이퍼(W)가 챔버(1)의 내외로 반송된다(도 3 및 도 8). 반송 개구(15)에는 반송 개구(15)를 개폐하는 게이트 밸브(도시 안됨)가 제공된다. 턴 테이블(2)의 오목부(24)가 반송 개구(15)와 정렬되고 게이트 밸브가 개방될 때, 웨이퍼(W)는 챔버(1) 내로 반송되고 반송 아암(10)으로부터 턴 테이블(2)의 웨이퍼 수용부인 오목부(24) 내에 배치된다. 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 대해 상승/하강시키기 위해서, 승강 기구(도시 안됨)에 의해 턴 테이블(2)의 오목부(24) 내에 형성된 대응 관통 구멍을 통하여 상승 또는 하강되는 승강핀(16)이 제공된다.
또한, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치에는 상기 증착 장치의 전체 작동을 제어하는 제어부(100)가 제공된다. 제어부(100)는 예컨대 컴퓨터로 형성된 프로세스 제어기(100a), 사용자 인터페이스부(100b) 및 기억 장치(100c)를 포함한다. 사용자 인터페이스부(100b)는 박막 증착 장치의 작동을 보여주는 디스플레이와 박막 증착 장치의 조작자가 프로세스 레시피를 선택하고 박막 증착 장치의 관리자가 프로세스 레시피 내의 변수를 변경할 수 있게 하는 키보드 및 터치 패널을 포함하는 입력/출력(I/O) 장치를 가진다.
기억 장치(100c)는 제어부(100)가 증착 장치의 다양한 동작을 수행하게 하는 제어 프로그램 및 프로세스 레시피와 프로세스 레시피 내의 다양한 변수들을 저장한다. 이들 프로그램은 예컨대 이후에 설명될 동작을 수행하기 위한 단계의 그룹을 가진다. 이들 프로그램은 사용자 인터페이스부(100b)로부터의 지시에 따라 프로세스 제어기(100a) 내에 설치되고 이에 의해 실행된다. 또한 프로그램은 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체(100d) 내에 저장되고, 저장 매체(100d)로부터 기억 장치(100c) 내로 설치된다. 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체(100d)는 하드 디스크, 콤팩트디스크, 자기 광학 디스크, 메모리 카드, 플로피 디스크 등이 될 수 있다. 또한, 프로그램은 통신 네트워크를 통해 기억 장치(100c)에 다운로드될 수 있다.
다음에, 본 발명의 본 실시예에 따른 박막 증착 장치의 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 턴 테이블(2)이 오목부(24)가 반송 개구(15)와 정렬되도록 회전되고, 게이트 밸브(도시 안됨)가 개방된다. 다음에, 웨이퍼(W)가 반송 아암(10)에 의해 반송 개구(15)를 통해 챔버(1) 내로 반송된다. 웨이퍼(W)는 승강핀(16)에 의해 수용되고, 반송 아암(10)이 챔버(1)로부터 멀어지게 견인된 후에, 승강 기구(도시 안됨)에 의해 구동되는 승강핀(16)에 의해 오목부(24)까지 하강된다. 이후, 일련의 상기 동작이 5회 반복되고, 따라서 5개의 웨이퍼(W)가 턴 테이블(2) 상에 로드된다. 다음에, 챔버(1)를 소정의 감압 상태로 유지하기 위해 진공 펌프(64)(도 1)가 작동된다. 턴 테이블(2)은 상방에서 봤을 때 시계 방향으로 회전을 시작한다. 턴 테이블(2)은 히터 유닛(7)에 의해 사전에 소정의 온도(예컨대, 300 ℃)로 가열되고, 이는 차례로 턴 테이블(2)상의 웨이퍼(W)를 가열시킨다. 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열되어 유지되는데, 이는 온도 센서(도시 안됨)에 의해 확인될 수 있고, 이후에, 제1 반응 가스(BTBAS)가 제1 반응 가스 노즐(31)을 통해 제1 프로세스 영역(P1)으로 공급되고, 제2 반응 가스(O3)가 제2 반응 가스 노즐(32)을 통해 제2 프로세스 영역(P2)으로 공급된다. 또한, 분리 가스(N2)가 분리 노즐(41, 42)을 통해 분리 영역(D)으로 공급된다.
웨이퍼(W)가 제1 반응 가스 노즐(31) 아래의 제1 프로세스 영역(P1)을 통과할 때, BTBAS 분자가 웨이퍼(W)의 표면 상에 흡수되고, 웨이퍼(W)가 제2 반응 가스 노즐(32) 아래의 제2 프로세스 영역(P2)을 통과할 때, O3 분자가 웨이퍼(W)의 표면 상에 흡수되어, BTBAS 분자가 O3 분자에 의해 산화된다. 그러므로, 웨이퍼(W)가 턴 테이블(2)의 일회전에 의해 양측 영역(P1, P2)을 모두 통과할 때, 실리콘 디옥사이드의 일분자층이 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된다. 이후에, 웨이퍼(W)는 영역들(P1, P2)을 교대로 복수회 통과하고, 소정의 두께를 가지는 실리콘 디옥사이드 층이 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된다. 소정의 두께를 가지는 실리콘 디옥사이드 박막이 증착된 후에, BTBAS 가스 및 O3 가스가 중단되고, 턴 테이블(2)의 회전이 정지된다. 이후에 웨이퍼(W)가 챔버(1) 내로 반송될 때와 반대 방식으로 웨이퍼(W)가 챔버(1)로부터 취출된다. 또한, 상기 증착 동작 중에, 분리 가스인 N2 가스가 분리 가스 공급 파이프(51)로부터 공급되고, 중앙 영역(C), 즉, 돌출부(5)와 턴 테이블(2) 사이의 간격(50)으로부터 턴 테이블(2)의 상면을 향해 배출된다. 본 실시예에서, 반응 가스 노즐(31)(32)이 배열되는 제2 천정면(45) 아래의 공간은 중앙 영역(C) 및 제1 천정면(44)과 턴 테이블(2) 사이의 좁은 공간에 비해 낮은 압력을 가진다. 이는 배기 영역(6)이 천정면(45) 아래의 상기 공간에 인접하게 제공되고(도 1 및 도 3 참조), 상기 공간은 배기 영역(6)을 통해 직접 배기되기 때문이다. 또한, 부분적으로는 높이(h)가 반응 가스 노즐(31)(32) 또는 제1(제2) 프로세스 영역(P1)(P2)이 위치되는 장소와 좁은 공간 사이의 압력차를 유지할 수 있도록 상기 좁은 공간이 제공되기 때문이기도 하다.
다음에, 가스 노즐(31, 32, 41, 42)로부터 챔버(1) 내로 공급되는 가스의 유동 패턴에 대해서 상기 유동 패턴을 개략적으로 도시한 도 9를 참조하여 설명한다. 도시된 바와 같이, 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 배출된 O3 가스의 일부는 턴 테이블(2)의 상면[및 웨이퍼(W) 표면]에 충돌하고 이를 따라서 턴 테이블(2)의 회전 방향에 반대 방향으로 유동한다. 이후에, 상기 O3 가스는 회전 방향을 따라서 유동하는 N2 가스에 의해 뒤로 가압되고, 유동 방향을 턴 테이블(2)의 에지 및 챔버 본체(12)의 내측 주연벽을 향하여 변경한다. 최종적으로, 상기 일부의 O3 가스는 배기 영역(6) 내로 유동하고 배기 포트(62)를 통해 챔버(1)로부터 배기된다. 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 배출된 O3 가스의 다른 일부는 턴 테이블(2)[ 및 웨이퍼(W)의 표면]에 충돌하고 이를 따라서 턴 테이블(2)의 회전 방향과 동일한 방향으로 유동한다. 상기 일부의 O3 가스는 중앙부(C)로부터 유동하는 N2 가스와 배기 포트(62)를 통한 흡입력으로 인해 주로 배기 영역(6)을 향해 유동한다. 한편, 상기 O3 가스의 일부의 소량은 제2 반응 가스 노즐(32)에 대해 턴 테이블(2)의 회전 방향 의 하류에 위치된 분리 영역(D)을 향해 유동하고, 천정면(44)과 턴 테이블(2) 사이의 간격으로 진입할 수 있다. 그렇지만, 상기 간격의 높이(h)는 의도한 박막 증착 조건에서 O3 가스가 상기 간격 내로 유동하는 것을 방해하도록 설계되었기 때문에, O3 가스의 상기 소량은 간격 내로 유동할 수 없다. O3 가스의 극히 일부가 상기 간격 내로 유동하는 경우에도, 분리 가스 노즐(41)로부터 배출되는 N2 가스에 의해 상기 일부의 O3 가스가 후방으로 가압될 수 있기 때문에, 상기 일부의 O3 가스는 분리 영역(D) 내로 더 이상 유동할 수 없다. 그러므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 실질적으로 회전 방향으로 턴 테이블(2)의 상면을 따라서 유동하는 O3 가스의 전부가 배기 영역(6) 내로 유동하고 배기 포트(62)에 의해 배기된다.
유사하게, 턴 테이블(2)의 회전 방향에 반대 방향으로 턴 테이블(2)의 상면[및 웨이퍼(W)의 표면]을 따라서 유동하는, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 배출된 BTBAS 가스의 일부가 제1 반응 가스 공급 노즐(31)에 대하여 턴 테이블(2)의 회전 방향에 대해 상류에 위치된 볼록부(4)의 천정면(44)과 턴 테이블(2) 사이의 간격내로 유동하는 것이 방지된다. BTBAS 가스의 일부만이 간격 내로 유동하는 경우라도, 상기 BTBAS 가스는 분리 영역(D)에서 분리 가스 노즐(41)로부터 배출되는 N2 가스에 의해 후방으로 가압된다. 후방으로 가압된 BTBAS 가스는 턴 테이블(2)의 외측 주연 에지 및 챔버 본체(12)의 내측 주연벽을 향하여, 분리 가스 노즐(41) 및 중앙부(C)로부터의 N2 가스를 따라서 유동되고, 이후 배기 영역(6)을 통해 배기 포 트(61)에 의해 배기된다.
턴 테이블(2)의 회전 방향과 동일한 방향으로 턴 테이블(2)의 상면[및 웨이퍼(W)의 표면]을 따라서 유동하는, 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 배출된 BTBAS 가스의 다른 일부는 제1 반응 가스 공급 노즐(31)에 대하여 턴 테이블(2)의 회전 방향에 대해 하류에 위치된 볼록부(4)의 천정면(44)과 턴 테이블(2) 사이의 간격 내로 유동할 수 없다. BTBAS의 상기 일부의 소량이 간격 내로 유동하더라도, 상기 BTBAS 가스는 중앙부(C) 및 분리 영역(D) 내의 분리 가스 노즐(42)로부터 배출되는 N2 가스에 의해 후방으로 가압된다. 상기 후방으로 가압된 BTBAS 가스는 분리 가스 노즐(42) 및 중앙부(C)로부터의 N2 가스를 따라서 배기 영역(6)을 향해 유동하고, 이후에 배기 포트(61)에 의해 배기된다.
전술된 바와 같이, 분리 영역(D)은 BTBAS 가스 및 O3 가스가 그 안으로 유동하는 것을 방지하거나, 그 안으로 유동하는 BTBAS 가스 및 O3 가스의 양을 매우 감소시키거나, BTBAS 가스 및 O3 가스를 후방으로 가압할 수 있다. 웨이퍼(W) 상에 흡수된 BTBAS 분자 및 O3 분자는 분리 영역(D)을 통하게 지나갈 수 있고, 박막 증착에 기여한다.
또한, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이 분리 가스가 중앙 영역(C)으로부터 턴 테이블(2)의 외측 주연 에지를 향해 배출되기 때문에, 제1 프로세스 영역(P1) 내의 BTBAS 가스[제2 프로세스 영역(P2) 내의 O3 가스]는 중앙 영역(C) 내로 유동하는 것이 방지된다. 제1 프로세스 영역(P1) 내의 BTBAS 가스[제2 프로세스 영역(P2) 내의 O3 가스]의 소량이 중앙 영역(C) 내로 유동하더라도, BTBAS가스(O3 가스)는 후방으로 가압되어, 제1 프로세스 영역(P1) 내의 BTBAS 가스[제2 프로세스 영역(P2) 내의 O3 가스]는 중앙 영역(C)을 통과하여 제2 프로세스 영역(P2)[제1 프로세스 영역(P1)]내로 유동하는 것이 방지된다.
또한, 제1 프로세스 영역(P1) 내의 BTBAS 가스[제2 프로세스 영역(P2) 내의 O3 가스]는 턴 테이블(2)과 챔버 본체(12)의 내측 주연벽 사이의 공간을 통과하여 제2 프로세스 영역(P2)[제1 프로세스 영역(P1)] 내로 유동하는 것이 방지된다. 이는 절곡부(46)와 턴 테이블(2) 사이 및 절곡부(46)와 챔버 본체(12)의 내측 주연벽 사이의 간격이 턴 테이블(2)로부터 측정된 높이인 볼록부(4)의 천정면(44)의 높이(h) 만큼 작도록 절곡부(46)가 볼록부(4)로부터 하향으로 형성되고, 이로 인해 전술된 바와 같이 실질적으로 2개의 프로세스 영역 사이의 압력 연통을 회피하기 때문이다. 그러므로, BTBAS 가스는 배기 포트(61)로부터 배기되고, O3 가스는 배기 포트(62)로부터 배기되고, 따라서 2개의 반응 가스는 혼합되지 않는다. 또한, 턴 테이블(2) 아래의 공간은 퍼지 가스 공급 파이프(72, 73)로부터 공급되는 N2 가스에 의해 퍼지된다. 그러므로 BTBAS 가스는 턴 테이블(2) 아래를 통과하여 제2 프로세스 영역(P2) 내로 유동할 수 없다.
본 실시예에 따른 박막 증착 장치에서 양호한 프로세스 변수의 예가 아래에 나열된다.
- 턴 테이블(2)의 회전 속도: 1 내지 500 rpm[웨이퍼(W)가 300 mm의 직경을 가지는 경우]
- 챔버(1) 내의 압력: 1067 Pa (8 Torr)
- 웨이퍼 온도: 350 ℃
- BTBAS 가스의 유속: 100 sccm
- O3 가스의 유속: 10000 sccm
- 분리 가스 노즐(41, 42)로부터의 N2 가스의 유속: 20000 sccm
- 분리 가스 공급 파이프(51)로부터의 N2 가스의 유속: 5000 sccm
- 턴 테이블(2)의 회전수: 600 회전(요구되는 박막 두께에 따름)
본 실시예의 박막 증착 장치에 따르면, 상기 박막 증착 장치가 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 BTBAS 가스가 공급되는 제1 프로세스 영역(P1)과 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스가 공급되는 제2 프로세스 영역(P2) 사이에 낮은 천정면(44)을 포함하는 분리 영역(D)을 가지기 때문에, BTBAS 가스(O3 가스)는 제2 프로세스 영역(P2)[제1 프로세스 영역(P1)]내로 유동하여 O3 가스(BTBAS 가스)와 혼합되는 것이 방지된다. 그러므로, 웨이퍼(W)가 제1 프로세스 영역(P1), 분리 영역(D), 제2 프로세스 영역(P2) 및 분리 영역(D)을 통과하도록 웨이퍼(W)를 위에 배치하는 턴 테이블(2)을 회전시킴으로써 실리콘 디옥사이드의 MLD(또는 ALD) 모드 증착이 확실 하게 수행된다. 또한, 분리 영역(D)은 BTBAS 가스(O3 가스)가 제2 프로세스 영역(P2)[제1 프로세스 영역(P1)] 내로 유동하여 O3 가스(BTBAS 가스)와 혼합되는 것을 더욱 확실하게 방지하기 위해 N2 가스를 배출하는 분리 가스 노즐(41, 42)을 더 포함한다. 또한, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치의 챔버(1)는 N2 가스를 배출하는 배출 구멍을 가지는 중앙 영역(C)을 가지기 때문에, BTBAS 가스(O3 가스)는 중앙 영역(C)을 통과해 제2 프로세스 영역(P2)[제1 프로세스 영역(P1)] 내로 유동하여 O3 가스(BTBAS 가스)와 혼합되는 것이 방지된다. 또한, BTBAS 가스 및 O3 가스가 혼합되지 않기 때문에, 턴 테이블(2) 상에 실리콘 디옥사이드의 증착이 거의 이루어지지 않으며, 이로 인해 입자 문제가 감소된다.
그런데, 본 실시예에서 턴 테이블(2)은 5개의 오목부(24)를 가지며, 해당 오목부(24)에 배치된 5개의 웨이퍼(W)가 1회 실시에 처리될 수 있지만, 5개의 오목부(24) 중의 하나에 단 하나의 웨이퍼(W)가 배치되거나, 턴 테이블(2)이 단 하나의 오목부(24)를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치에서 사용될 수 있는 반응 가스는 디클로로실란(DCS), 헥사클로로디실란(HCD), 트리메틸 알루미늄(TMA), 테트라키스-에틸-메틸-아미노-지르코늄(TEMAZr), 트리스(디메틸 아미노) 실란(3DMAS), 테트라키스-에틸-메틸-아미노-하프늄(TEMHf), 비스(테트라 메틸 헵탄디오네이트) 스트론튬[Sr(THD)2], (메틸-펜타디오네이트)(비스-테트라-메틸-헵타디오네이트)티타 늄[Ti(MPD)(THD)], 모노아미노-실란 등이다.
큰 원심력이 턴 테이블(2)의 외측 주연부에 인접한 위치에 있는 챔버(1) 내의 가스에 인가되기 때문에, 예컨대, BTBAS 가스는 턴 테이블(2)의 외측 주연부에 인접한 위치에서 더 높은 속도로 분리 영역(D)을 향해 유동한다. 그러므로, BTBAS 가스는 턴 테이블(2)의 주연부에 인접한 위치에 있을수록 천정면(44)과 턴 테이블(2) 사이의 간격 내로 진입하기 쉽다. 이러한 상황으로 인해, 볼록부(4)가 주연부를 향하여 더 큰 폭(더 긴 원호)을 가질수록, BTBAS 가스는 O3 가스와 혼합되기 위해 간격 내로 더 깊이 유동할 수 없다. 이러한 관점에서, 상기 실시예에서 설명된 바와 같이 볼록부(4)가 부채꼴 형상 평면도를 가지는 것이 양호하다.
볼록부(4)[또는 천정면(44)]의 치수를 이하에 다시 예시한다. 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 분리 가스 노즐(41)(42)의 양측의 좁은 공간을 생성하는 천정면(44)은 웨이퍼 중심(WO)이 지나가는 경로에 상응하는 원호를 따라서, 웨이퍼(W)의 직경의 약 1/10 내지 대략 웨이퍼(W)의 직경까지, 양호하게는 웨이퍼(W)의 직경의 약 1/6 이상까지의 범위의 길이(L)를 가지는 것이 양호하다. 구체적으로 길이(L)는 웨이퍼(W)의 직경이 300 mm 일 때, 약 50 mm 이상인 것이 양호하다. 길이(L)가 작으면, 반응 가스가 좁은 공간 내로 유동하는 것을 효과적으로 방지하기 위해서는 천정면(44)과 턴 테이블(2)[웨이퍼(W)] 사이의 좁은 공간의 높이(h)가 따라서 작아져야 한다. 그렇지만, 길이(L)가 너무 작아져서, 높이(h)가 극히 작아져야 하는 경우에, 턴 테이블(2)이 천정면(44)을 충격할 수 있고, 이는 웨이퍼 파손 및 입자 발생에 의한 웨이퍼 오염을 야기할 수 있다. 그러므로, 턴 테이블(2)이 천정면(44)을 충격하는 것을 회피하기 위해서 턴 테이블(2)의 진동을 감쇠하는 장치 또는 턴 테이블(2)의 안정적으로 회전시키는 장치가 필요하다. 한편, 길이(L)가 작은 반면에 좁은 공간의 높이(h)가 상대적으로 크게 유지되면, 반응 가스가 천정면(44)과 턴 테이블(2) 사이의 좁은 공간 내로 유동하는 것을 회피하기 위하여 턴 테이블(2)의 회전 속도가 더 낮아져야 하며, 이는 오히려 생산 수율의 면에서 불이익이다. 이러한 점을 고려하여, 웨이퍼 중심(WO)의 경로에 상응하는 원호를 따르는 천정면(44)의 길이(L)는 전술된 바와 같이 300 mm의 직경을 가지는 웨이퍼(W)가 처리될 때, 약 50 mm 이상인 것이 양호하다. 그렇지만, 볼록부(4) 또는 천정면(44)의 치수는 상기 치수에 한정되지 않으며, 프로세스 파라미터 및 사용되는 웨이퍼의 치수에 따라서 조정될 수 있다. 또한, 상기 설명으로부터 명확하게 이해될 수 있는 바와 같이, 좁은 공간의 높이(h)는 상기 좁은 공간이 분리 가스가 분리 영역(D)으로부터 프로세스 영역(P1)(P2)까지 유동할 수 있게 하는 높이를 가지는 한, 프로세스 파라미터 및 사용되는 웨이퍼의 치수 이외에도 천정면(44)의 면적에 따라서 조정될 수 있다.
상기 실시예에서, 분리 가스 노즐(41)(42)은 볼록부(4) 내에 형성된 홈부(43) 내에 위치되고, 낮은 천정면(44)이 분리 가스 노즐(41)(42)의 양측에 위치된다. 그렇지만, 도 11에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 분리 가스 노즐(41)(42) 대신에 턴 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 연장하는 도관(47)이 볼록 부(4) 내부에 만들어질 수 있고, 분리 가스(N2 가스)가 복수의 구멍(40)으로부터 배출될 수 있도록 도관(46)의 길이 방향을 따라서 복수의 구멍(40)이 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 분리 영역(D)의 천정면(44)이 반드시 평면일 필요는 없다. 예컨대, 천정면(44)은 도 12a에 도시된 바와 같이 오목한 곡면, 또는 도 12b에 도시된 바와 같이 볼록한 곡면, 또는 도 12c에 도시된 바와 같이 파형으로 될 수 있다.
또한, 볼록부(4)는 중공형으로 될 수 있으며, 분리 가스는 상기 중공 볼록부(4) 내로 유입될 수 있다. 이러한 경우에, 복수의 가스 배출 구멍(33)이 도 13a, 도 13b, 도 13c에 도시된 바와 같이 배열될 수 있다.
도 13a를 참조하면, 복수의 가스 배출 구멍(33)은 각각 기울어진 슬릿의 형상을 가진다. 이들 기울어진 슬릿[가스 배출 구멍(33)]은 턴 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 인접 슬릿과 부분적으로 중첩되도록 배열된다. 도 13b에서, 복수의 가스 배출 구멍(33)은 원형이다. 이들 원형 구멍[가스 배출 구멍(33)]은 전체적으로 반경 방향으로 연장하는 물결선을 따라서 배열된다. 도 13c에서 각각의 복수의 가스 배출 구멍(33)은 원호형 슬릿의 형상을 가진다. 이들 원호형 슬릿[가스 배출 구멍(33)]은 반경 방향으로 소정의 간격을 두고 배열된다.
본 실시예에서 볼록부(4)는 위에서 봤을 때, 부채꼴 형상을 가지지만, 볼록부(4)는 도 13d에 도시된 바와 같이 다른 실시예에서 직사각형 평면도 형상, 또는 정사각형 평면도 형상을 가질 수 있다. 대안으로, 볼록부(4)는 평면도에서 전체적으로 부채꼴 형상이며 도 13e에 도시된 바와 같이, 오목하게 만곡된 측면(4Sc)을 가질 수 있다. 또한, 볼록부(4)는 평면도에서 전체적으로 부채꼴 형상이며 도 13f에 도시된 바와 같이 볼록하게 만곡된 측면(4Sv)을 가질 수 있다. 또한, 도 13g에 도시된 바와 같이, 턴 테이블(2)의 회전 방향에 대해 볼록부(4)의 상류부(도 1)는 오목하게 만곡된 측면(4Sc)을 가지고 턴 테이블(2)의 회전 방향에 대해 볼록부(4)의 하류부(도 1)는 평탄한 측면(4Sf)을 가질 수 있다. 그런데, 도 13d 내지 도 13g에서의 점선은 홈부(43)를 나타낸다. 이러한 경우에, 홈부(43) 내에 내장된 분리 가스 노즐(41)(42)은 챔버(1)의 중앙부 예컨대 돌출부(5)로부터 연장된다.
웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터 유닛(7)이 저항 가열 소자 대신에 램프 가열 소자를 가지도록 구성된다. 또한, 히터 유닛(7)은 턴 테이블(2)의 상방, 또는 턴 테이블(2)의 상하방에 위치될 수 있다.
다른 실시예에서, 프로세스 영역(P1, P2) 및 분리 영역(D)이 도 14에 도시된 바와 같이 배열될 수 있다. 도 14를 참조하여, 제2 반응 가스(예컨대, O3 가스)를 공급하는 제2 반응 가스 노즐(32)이 반송 개구(15)에 대해 회전 방향의 상류 또는 분리 가스 노즐(42)과 반송 개구(15) 사이에 위치된다. 이러한 배열에서도, 노즐(31, 32, 41, 42) 및 중앙 영역(C)으로부터 배출되는 가스는 전체적으로 도 14의 화살표를 따라서 유동하고, 따라서 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스는 혼합될 수 없다. 그러므로, 이러한 배열에 의해 적절한 ALD(또는 MLD) 모드 필름 증착이 실 현될 수 있다.
또한, 분리 영역(D)은 전술된 바와 같이 2개의 부채꼴 형상 판이 분리 가스 노즐(41)(42)의 양측에 위치되도록 2개의 부채꼴 형상 판을 천정판(11)의 바닥면에 나사로 부착함으로써 구성될 수 있다. 도 15는 이러한 구성의 평면도이다. 이러한 경우에, 분리 영역(D)의 분리 기능을 효과적으로 수행하기 위해 분리 가스와 반응 가스의 배출 속도를 고려함으로써 볼록부(4)와 분리 가스 노즐(41)(42) 사이의 거리와, 볼록부(4)의 치수가 결정될 수 있다.
상기 실시예에서, 제1 프로세스 영역(P1) 및 제2 프로세스 영역(P2)은 분리 영역(D)의 천정면(44)보다 높은 천정면(45)을 가지는 영역에 상응한다. 그렇지만, 가스가 관련 천정면과 턴 테이블(2) 사이의 간격 내로 유동하는 것을 방지하기 위해서, 제1 프로세스 영역(P1)과 제2 프로세스 영역(P2) 중 적어도 하나는 반응 가스 공급 노즐(31)(32)의 양극에서 턴 테이블(2)에 대향하고 천정면(45)보다 낮은 또 다른 천정면을 가질 수 있다. 천정면(45)보다 낮은 이러한 천정면은 분리 영역(D)의 천정면 만큼 낮을 수 있다. 도 16은 이러한 구성의 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 부채꼴 형상 볼록부(30)는 O3 가스가 웨이퍼(W)상에 흡수되는 제2 프로세스 영역(P2) 내에 위치되고, 반응 가스 노즐(32)은 볼록부(30) 내에 형성된 홈부(도시 안됨) 내에 위치된다. 다시 말해서, 도 16에 도시된 제2 프로세스 영역(P2)은, 가스 노즐이 반응 가스를 공급하기 위해 사용되긴 하지만, 분리 영역(D)과 동일한 방식으로 구성된다. 또한, 볼록부(30)는 도 13a 내지 도 13c에 그 예가 도시된 중공형 볼록부로서 구성될 수 있다.
또한, 다른 실시예에서, 낮은 천정면(44)이 반응 가스 노즐(41)(42)의 양측에 제공되는 한, 도 17에 도시된 바와 같이, 천정면(45)보다 낮고, 분리 영역(D)의 천정면(44)만큼 낮은 천정면이 반응 가스 노즐(31, 32) 양측 모두를 위해 제공될 수 있으며, 천정면(44)에 도달하도록 연장될 수 있다. 다시 말해서, 또 다른 볼록부(400)가 볼록부(4)를 대신하여 천정판(11)의 바닥면에 부착될 수 있다. 볼록부(400)는 실질적으로 원판 형상을 가지며, 실질적으로 턴 테이블(2)의 전체 상면에 대향하고, 반경 방향으로 연장되며 대응 가스 노즐(31, 32, 41, 42)이 내장되는 4개의 슬롯(400a)을 가지며, 턴 테이블(2)에 대해 볼록부(400) 아래에 좁은 공간을 유지한다. 상기 좁은 공간의 높이는 전술된 높이(h)와 유사할 수 있다. 볼록부(400)가 채용되면, 반응 가스 노즐(31)(32)로부터 배출되는 반응 가스는 볼록부(400) 아래(또는 좁은 공간 내)에서 반응 가스 노즐(31)(32)의 양측으로 확산되고, 분리 가스 노즐(41)(42)로부터 배출되는 분리 가스는 분리 가스 노즐(41)(42)의 양측으로 확산된다. 반응 가스 및 분리 가스는 서로 좁은 공간 내로 유동하며, 배기 포트(61)(62)를 통해 배기된다. 이러한 경우에도, 반응 가스 노즐(31)로부터 배출된 반응 가스는 반응 가스 노즐(32)로부터 배출된 다른 반응 가스와 혼합될 수 없으며, 이로 인해 적절한 ALD(또는 MLD) 모드 필름 증착이 실현된다.
그런데, 가스 노즐(31, 32, 41, 42) 및 슬릿(400a)을 사용하지 않고 대응 중공 볼록부(4) 내의 대응 배출 구멍(33)으로부터 반응 가스 및 분리 가스를 배출하기 위해, 볼록부(400)는 도 13a 내지 도 13c 중 어느 하나에 도시된 중공형 볼록 부(4)와 조합하여 구성될 수 있다.
상기 실시예에서, 턴 테이블(2)을 회전시키기 위한 회전축(22)이 챔버(1)의 중앙부에 위치된다. 또한, 반응 가스가 중앙부를 통해 혼합되는 것을 방지하기 위해 코어부(21)와 천정판(11) 사이의 공간(52)이 분리 가스에 의해 퍼지된다. 그렇지만, 다른 실시예에서 챔버(1)는 도 18에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 18을 참조하면, 챔버 본체(12)의 바닥부(14)는 하우징 케이스(80)가 기밀하게 부착되는 중앙 개구를 가진다. 또한, 천정판(11)은 중앙 오목부(80a)를 가진다. 기둥(81)이 하우징 케이스(80)의 바닥면 상에 배치되고, 기둥(81)의 상단부가 중앙 오목부(80a)의 바닥면에 도달한다. 기둥(81)은 제1 반응 가스 노즐(31)로부터 배출된 제1 반응 가스(BTBAS)와 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 배출된 제2 반응 가스(O3)가 챔버(1)의 중앙부를 통해 혼합되는 것을 방지한다.
또한, 회전 슬리브(82)가 상기 기둥(81)을 동축으로 둘러싸도록 제공된다. 회전 슬리브(82)는 기둥(81)의 외측면 상에 부착된 베어링(86, 88) 및 하우징 케이스(80)의 내측벽에 부착된 베어링(87)에 의해 지지된다. 또한, 회전 슬리브(82)는 회전 슬리브(82)의 외측면에 형성 또는 부착된 기어부(85)를 가진다. 또한, 링-형상 턴 테이블(2)의 내측 주연부는 회전 슬리브(82)의 외측면 상에 부착된다. 구동부(83)는 하우징 케이스(80) 내에 내장되고 구동부(83)로부터 연장되는 축에 부착된 기어(84)를 가진다. 기어(84)는 기어부(85)와 맞물린다. 이러한 구성으로써, 회전 슬리브(82)와, 이에 추종하여 턴 테이블(2)이 구동부(83)에 의해 회전된다.
퍼지 가스 공급 파이프(74)가 하우징 케이스(80)의 바닥에 형성된 개구에 연결되어, 퍼지 가스가 하우징 케이스(80) 내로 공급된다. 이로써, 반응 가스가 하우징 케이스(80) 내로 유동하는 것을 방지하기 위해 하우징 케이스(80)의 내부 공간이 챔버(1)의 내부 공간 보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 그러므로, 하우징 케이스(80) 내에서 박막 증착이 일어나지 않고, 이로 인해 유지 보수의 빈도가 감소된다. 또한, 퍼지 가스 공급 파이프(75)가 챔버(1)의 외측 상면으로부터 오목부(80a)의 내측벽까지 이르는 대응 도관(75a)에 연결되어, 퍼지 가스가 회전 슬리브(82)의 상단부를 향해 공급된다. 퍼지 가스로 인해, BTBAS 가스 및 O3 가스가 회전 슬리브(82)의 외측면과 오목부(80a)의 측벽 사이의 공간을 통해 혼합될 수 없다. 2개의 퍼지 가스 공급 파이프(75)가 도 18에 도시되지만, 파이프(75) 및 대응 도관(75a)의 수는 파이프(75)로부터의 퍼지 가스가 회전 슬리브(82)의 외측면과 오목부(80a)의 측벽 사이의 공간 내부 및 주위에서 BTBAS 가스와 O3 가스의 가스 혼합을 확실하게 회피할 수 있게 하도록 결정될 수 있다.
도 18에 도시된 실시예에서, 오목부(80a)의 측벽과 회전 슬리브(82)의 상단부 사이의 공간은 분리 가스를 배출하기 위한 배출 구멍에 상응한다. 또한 중앙 영역은 배출 구멍, 회전 슬리브(82), 및 기둥(81)으로 구성된다.
상기 실시예에 따르는 박막 증착 장치에서 2가지 종류의 반응 가스가 사용되지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 다른 박막 증착 장치에서 3가지 종류의 반 응 가스가 사용될 수 있다. 이 경우에, 제1 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 제2 반응 가스 노즐, 분리 가스 노즐, 및 제3 반응 가스 노즐이, 각 노즐이 턴 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장하도록, 상기 순서대로 소정의 각도 간격으로 위치될 수 있다. 또한, 대응 분리 가스 노즐을 포함하는 분리 영역(D)은 상기 설명된 바와 동일하게 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치는 도 19에 개략적으로 예시된 웨이퍼 프로세스 장치에 합체될 수 있다. 웨이퍼 프로세스 장치는 내부에 반송 아암(103)이 제공된 대기 반송 챔버(102), 대기가 진공과 대기압 사이에서 변환가능한 로드 로크 챔버(준비 챔버)(105), 내부에 2개의 반송 아암(107a, 107b)이 제공된 진공 반송 챔버(106), 및 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치(108, 109)를 포함한다. 또한, 웨이퍼 프로세스 장치는 후프(FOUP, Front Opening Unified Pod) 등의 웨이퍼 카세트(101)가 배치된 카세트 스테이지(도시 안됨)를 포함한다. 웨이퍼 카세트(101)는 카세트 스테이지 중 하나로 이송되고, 카세트 스테이지와 대기 반송 챔버(102) 사이에 제공된 반송 출입 포트에 연결된다. 이후, 웨이퍼 카세트(FOUP)(101)의 덮개가 개폐기구(도시 안됨)에 의해 개방되고, 웨이퍼는 반송 아암(103)에 의해 웨이퍼 카세트(101)로부터 취출된다. 다음에, 웨이퍼는 로드 로크 챔버(104)(105)에 반송된다. 로드 로크 챔버(104)(105)가 배기된 후에, 로드 로크 챔버(104)(105) 내의 웨이퍼는 반송 아암(107a)(107b)에 의해 진공 반송 챔버(106)를 통해 박막 증착 장치(108, 109)중 하나에 반송된다 박막 증착 장치(108)(109)에서, 전술된 바와 같은 방식으로 박막이 웨이퍼 상에 증착된다. 웨이퍼 프로세스 장치는 한번에 5개의 웨이퍼를 내장할 수 있는 2개의 박막 증착 장치(108, 109)을 가지기 때문에, ALD(MLD) 모드 증착이 높은 수율로 수행될 수 있다.
실리콘 산화막을 증착하기 위해 제1 반응 가스인 BTBAS 가스 및 제2 반응 가스인 O3 가스가 각각 제1 반응 노즐(31) 및 제2 반응 노즐(32)로부터 공급되는 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법이 전술된 실시예에서 설명되었지만, 다른 실시예에서, 상이한 재료로 만들어진 복수의 박막이 연속적으로 증착될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예는 2 종류의 박막이 교대로 증착되어 다중층 박막을 형성하는 경우에도 적용될 수 있다. 이러한 다중층 박막을 증착하기에 양호한 본원 발명에 따른 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법의 구체적인 예가 이하에서 설명된다. 구체적으로 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막이 교대로 증착되어 절연 다중층 박막을 형성하는 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법이 이하에 설명된다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제1 가스 공급선(110)의 일단부는 제1 반응 가스 노즐(31)의 가스 입구 포트(31a)를 거쳐서 제1 반응 가스 노즐(31)에 연결된다. 제1 가스 공급선(110)의 다른 단부는 2개의 분기선으로 분기되어, 하나는 밸브(V1) 및 유속 제어기(111)를 거쳐서 제1 반응 가스인 BTBAS 가스를 저장하는 제1 가스 공급원(121)에 연결되고, 다른 하나는 밸브(V3) 및 유속 제어기(113)를 거쳐서 제3 반응 가스인 디클로로실란[SiH2Cl2(DCS)] 가스를 저장하는 제3 가스 공급원(123)에 연결된다.
또한, 제2 가스 공급선(120)의 일단부는 제2 반응 가스 노즐(32)의 가스 입 구 포트(32a)를 거쳐서 제2 반응 가스 노즐(32)에 연결된다. 제2 가스 공급선(120)의 다른 단부는 2개의 분기선으로 분기되어, 하나는 밸브(V2) 및 유속 제어기(112)를 거쳐서 제2 반응 가스인 O3 가스를 저장하는 제2 가스 공급원(122)에 연결되고, 다른 하나는 밸브(V4) 및 유속 제어기(114)를 거쳐서 제4 반응 가스인 암모니아(NH3) 가스를 저장하는 제4 가스 공급원(124)에 연결된다. 이러한 구성으로써, 제1 가스 노즐(31)은 제1 반응 가스 공급부 및 제3 반응 가스 공급부로서 기능하고, 제2 가스 노즐(32)은 제2 반응 가스 공급부 및 제4 반응 가스 공급부로서 기능한다. 도 1에 도시된 박막 증착 장치와 동일한 요소 또는 구성은 반복을 피하기 위해 설명하지 않는다.
다음에, 도 20에 도시된 박막 증착 장치를 사용하여 다중층 박막을 증착하는 박막 증착 방법이 설명된다. 우선 밸브(V1, V2)가 도 21a에 도시된 바와 같이 개방되어 전술된 것과 동일한 방식으로 제1 박막인 실리콘 산화막을 증착한다. 상기 증착 중에, BTBAS 가스와 O3 가스가 진공 챔버(1)에서 혼합되는 것을 회피하기 위해 분리 영역(D), 중앙 영역(C), 및 턴 테이블(2) 아래 영역에 N2 가스가 공급된다. 그러므로, 제1 반응 가스 노즐(31)은 BTBAS 가스에만 노출되고, 제2 반응 가스 노즐(32)은 O3 가스에만 노출되며, 이는 실질적으로 노즐(31, 32) 상에 실리콘 옥사이드의 증착 또는 흡수를 초래하지 않는다. 도 21a 및 도 21b에서, 흰색 밸브 기호(이중 삼각형)는 개방된 밸브를 지시하며, 검은색 밸브 기호는 폐쇄된 밸브를 지시 한다.
다음에, 밸브(V1, V2)가 폐쇄되고 진공 챔버(1)는 진공 펌프(64)에 의해 가능한 가장 낮은 압력으로 배기되어(도 1), BTBAS 가스 및 O3 가스는 진공 챔버(1) 및 노즐(31, 32) 뿐만 아니라 밸브(V1, V3 및 V2, V4)로부터의 제1 및 제2 가스 공급선(110, 120)으로부터도 퍼지된다.
이후에, 턴 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가 소정의 온도 예컨대 약 300 ℃로 설정되도록 히터 유닛(7)이 제어된다. 다음에, 진공 챔버(1)의 내부 압력이 소정 압력으로 설정되도록 압력 제어기(65)의 개방량이 조정된다. 웨이퍼 온도 및 챔버 압력이 설정된 후에, 밸브(V3, V4)가 개방되고, DCS 가스 및 NH3 가스가 소정의 유속으로 제1 반응 가스 노즐(31) 및 제2 반응 가스 노즐(32)로부터 각각 진공 챔버(1) 내로 공급된다. N2 가스가 또한 소정의 유속으로 분리 영역(D), 중앙 영역(C), 및 턴 테이블(2)의 아래 영역으로 공급된다.
턴 테이블(2)이 예컨대 200 회전의 소정의 회전수로 회전되고 있는 동안, 웨이퍼(W)의 상면 상으로의 DCS 가스의 흡수와, 이어서 NH3 가스에 의한 상기 흡수된 DCS의 질화가 소정 회수 반복됨으로써, 이전 증착에서 웨이퍼(W) 상에 증착된 실리콘 산화막 상에 제2 박막인 소정 두께의 실리콘 질화막이 증착된다. 실리콘 질화막의 증착 중에, 진공 챔버(1) 내에서 DCS 가스와 NH3 가스의 혼합을 회피하기 위해서 분리 영역(D), 중앙 영역(C), 및 턴 테이블(2)의 아래 영역으로 N2 가스가 공급 되기 때문에, 실리콘 니트라이드가 노즐(31, 32) 상에 흡수되지 않는다.
다음으로, 밸브(V3, V4)가 폐쇄되고 진공 챔버(1)가 진공 펌프(64)에 의해 가능한 가장 낮은 압력으로 배기되어(도 1), DCS 가스 및 NH3 가스는 진공 챔버(1) 및 노즐(31, 32) 뿐만 아니라 밸브(V1, V3 및 V2, V4)로부터 하류의 제1 및 제2 가스 공급선(110, 120)으로부터도 퍼지된다. 이후에, 밸브(V3, V4)는 다시 개방되고, 상기와 동일한 방식으로 이미 증착된 실리콘 질화막 상에 실리콘 질화막이 증착된다.
이러한 방식으로, 도 22에서 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 실리콘 산화막을 바닥에서 상단까지 상기 순으로 가지는 소위 ONO 박막이라고 하는 절연 다중층 박막이 웨이퍼(W)상에 증착된다. 도 22에는 게이트 절연막이 생략되었지만, 상기 다중층 박막(200)은 예컨대 반도체 제조 공정 시에 웨이퍼(W) 상에 형성된 게이트 절연막의 상면에 증착된다.
상기 예에서, 제1 프로세스 영역(P1)과 제2 프로세스 영역(P2)이 분리되기 때문에, BTBAS 가스와 O3 가스의 혼합 및 DCS 가스와 NH3 가스의 혼합이 실질적으로 방지될 수 있고, 따라서 노즐(31, 32) 상의 반응 생성물(실리콘 산화막 및 실리콘 질화막)의 증착 및 흡수가 실질적으로 방지된다. ALD(MLD) 모드 박막 증착이 통상의 단일 웨이퍼 박막 증착 장치 또는 종형 박막 증착 장치를 사용하여 수행될 때, 반응 가스가 단일 프로세스 챔버 내에 공급되기 때문에, 사용시에, 반응 생성물이 가스 노즐 상에 증착될 수 있다. 가스 노즐 상에 증착된 상기 반응 생성물은 입자 문제를 야기할 수 있다. 그렇지만, 본 발명의 실시예에서 가스 공급 노즐(31, 32) 상에 실질적으로 반응 생성물이 증착되지 않으며, 이로 인해 실질적으로 입자 문제가 방지된다.
또한, 통상의 단일 웨이퍼 박막 증착 장치 또는 종형 박막 증착 장치를 사용하여 ALD(MLD) 모드에서 복수의 상이한 박막이 증착될 필요가 있을 때, 프로세스 챔버 내에 잔류하는 반응 가스로 인해 의도하지 않은 반응 생성물 또는 부산물이 형성될 수 있기 때문에, 복수의 상이한 박막에 상응하는 복수의 프로세스 챔버가 필요하다. 그 결과, 불가피하게 장치가 대형화되고 복잡하게 된다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 반응 가스가 분리 영역(D)에 의해 분리된 해당 제한 영역[즉, 제1 프로세스 영역(P1) 또는 제2 프로세스 영역(P2)]로 공급되고, 상기 영역을 진공으로 배기함으로써 상대적으로 용이하게 퍼지된다. 또한, 반응 가스 노즐(31, 32)이 턴 테이블(2) 상의 웨이퍼(W) 상방에 배열되기 때문에, 노즐(31, 32)은 노즐(31, 32) 상에서의 반응 가스의 열분해 및 반응 가스 분자의 흡착을 실질적으로 방지하는 온도로 유지될 수 있다. 그러므로, 제1(제2) 반응 가스 노즐(31)(32)이 복수의 상이한 반응 가스를 공급하기위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치는 복수의 프로세스 챔버를 필요로 하지 않으며, 이로 인해 장치가 상대적으로 작고, 단순하고, 저가로 유지된다.
상기 예에서 다중층 필름(200)은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 교대로 증착함으로써 형성되지만, 본 발명은 상기 예로 한정되지 않는다. 다른 예에서, 제1 박막으로서 스트론튬 산화막(SrO)과 제2 박막으로서 티타늄 산화막(TiO)을 가 지는 다중층 박막(200)(STO 막)이 SrO 막과 TiO 막을 교대로 증착함으로써 형성될 수 있다. 이러한 다중층 박막(200)을 형성하기 위한, 본 발명의 예에 따른 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법이 이하에 설명된다.
도 23에 도시된 바와 같이, 제1 가스 공급원(121)은 티타늄 비스(이소-프로프옥사이드) 비스(테트라메틸 헵탄디오네이트)[Ti(O-iPr)2(THD)2], 티타늄 테트라(이소-프로프옥사이드)[Ti(OiPr)] 등을 포함하는 티타늄 함유 화합물과 같은 제1 반응 가스인 티타늄 소스 가스를 저장하고, 상기 티타늄 소스 가스를 증기(기체) 상으로 공급한다. 또한, 제3 가스 공급원(123)은 스트론튬 비스(테트라메틸 헵탄디오네이트)[Ti(THD)2], 비스(펜타메틸-시클로펜타디에닐)스트론튬[Sr(Me5Cp)2] 등을 포함하는 스트론튬 함유 화합물과 같은 제3 반응 가스인 스트론튬 소스 가스를 저장하고, 상기 스트론튬 소스 가스를 증기(기체) 상으로 공급한다.
상기 예에서, O3 가스가 웨이퍼(W) 상에 흡착되는 티타늄 소스 가스와 스트론튬 소스 가스와 반응하는 반응 가스로서 사용되기 때문에, 제2 반응 가스 노즐(32)은 제2 가스 공급선(120)을 거쳐서 제2 반응 가스인 O3 가스를 저장하는 제2 가스 공급원(122)에만 연결된다.
도 23에 도시된 상기 박막 증착 장치에서, 스트론튬 소스 가스와 티타늄 소스 가스는 전술된 방식으로 교대로 절환되고, 웨이퍼 상에 흡수된 티타늄 소스 가스는 O3 가스에 노출되고 웨이퍼(W) 상에 흡착된 스트론튬 소스 가스는 O3 가스에 노출된다. 이러한 방식에서, 스트론튬 산화막과 티타늄 산화막이 교대로 증착되고, 이로 인해 스트론튬 산화막과 티타늄 산화막을 가지는 다중층 필름(200)이 형성된다. 상기 예에서도, ONO 다중층 박막(200)에 대해서 설명한 것과 동일한 이점이 장점이 증명된다.
다중층 박막(200) 내의 층의 수는 2개로 한정되지 않으며, 다른 예에서, 다중층 박막은 2개 또는 4개 이상의 층을 가질 수 있다. 또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치는 턴 테이블(2)의 주연 방향으로 BTBAS 가스, O3 가스, DCS 가스 및 NH3 가스를 각각 공급하기 위한 4개의 가스 노즐을 상기 순으로 가지고, 다중층 박막(200)이 형성될 때 가스 혼합을 회피하기 위해 2개의 인접 가스 노즐 사이의 2개의 분리 영역(D)을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치는 제1 프로세스 영역(P1) 내에 각각 BTBAS 가스 및 DCS 가스를 공급하기 위한 2개의 가스 노즐과 제2 프로세스 영역(P2) 내에 각각 O3 가스 및 NH3 가스를 공급하기 위한 다른 2개의 가스 노즐을 가질 수 있고, 여기서 반응 가스는 웨이퍼(W) 상에 증착되어야 할 다중층 박막(200)(게이트 절연막)의 조성 및/또는 구조에 따라서 절환될 수 있다.
또한, 제1 가스 공급선(110) 및 제2 가스 공급선(120)은 2개의 분기선이 아니라 3개 이상의 분기선으로 분기될 수 있고, 상기 3개 이상의 분기선은 가스 공급선(110, 120)을 퍼지하기 위한 N2 가스 공급원을 포함할 수 있는 대응 가스 공급원 에 연결될 수 있다.
전술된 예에서 실리콘 산화막을 증착하기 위해 BTBAS 가스 등이 반응 가스로서 사용되지만, 이하에 기재된 바와 같이 다른 예에서는 다른 양호한 반응 가스가 사용될 수 있다.
먼저, BTBAS 가스를 사용한 실리콘 산화막의 ALD 모드 박막 증착을 검토한다. 전술된 바와 같이, BTBAS 분자는 도 24a에 도시된 바와 같이 제1 프로세스 영역(P1)에서 웨이퍼(W) 상에 흡착되고, BTBAS 분자는 도 24b에 도시된 바와 같이 제2 프로세스 영역에서 O3 가스에 의해 산화되고, 따라서 도 24c에 도시된 바와 같이, O3 가스로부터의 산소와 BTBAS 가스로부터의 실리콘을 포함하는 반응 생성물 및 유기 화합물이 부산물 가스로서 BTBAS 분자로부터 해방된다. 이러한 반응 생성물은 웨이퍼를 가로질러 형성되고, 따라서 실리콘 산화막이 웨이퍼(W) 상에 증착된다. 즉, 실리콘 산화막은 BTBAS 분자의 흡착과 O3 가스에 의한 BTBAS 분자의 산화를 반복함으로써 웨이퍼(W) 상에 증착된다.
BTBAS 분자는 상대적으로 낮은 증기압 및 도 25a에 도시된 바와 같이 상대적으로 큰 분자 구조를 가진다. 즉, BTBAS 분자는 실리콘 원자, 상기 실리콘 원자의 양측에 각각 결합된 2개의 질소 원자, 및 대응하는 질소 원자에 결합된 2개의 t-부틸기[-C(CH3)3]으로 구성된다. 그러므로 BTBAS는 반도체 장치 내에서 BTBAS를 사용하여 실리콘 산화막이 증착되는 위치 및 장치가 요구되는 성능에 따라서, 실리콘 산화막의 증착 속도, 간격 충진 특성, 및 물성치의 관점에서 다소 불리할 수 있다. 실리콘 산화막을 증착하기 위한 보다 양호한 반응 가스로서, 디이소프로필 아민 실란(DIPAS) 가스가 있다.
DIPAS는 BTBAS의 증기압 보다 높은 증기압을 가진다. BTBAS 가스가 사용될 때, 오히려 높은 증착 속도를 얻는 것이 어렵다. 이는 BTBAS 가스의 증기압이 상대적으로 낮고, 이로 인해 진공 챔버(1) 내의 프로세스 압력이 상대적으로 높을 때, 충분히 높은 유속으로 BTBAS 가스를 공급하는 것을 어렵기 때문이다. 한편, DIPAS의 증기압은 예컨대 50 ℃에서 BTBAS보다 약 10배 높고, 따라서 가스 유속 및 프로세스 압력이 증가될 수 있기 때문에, DIPAS 가스를 사용하면 보다 높은 증착 속도를 얻을 수 있다.
또한, 도25a에 도시된 바와 같이, BTBAS 분자는 Si 원자의 양측에 t-부틸기를 가지기 때문에, 입체 장애(steric hindrance) 문제가 상대적으로 높은 수준으로 BTBAS에서 야기될 수 있다. 한편, 이러한 입체 장애 문재는 DIPAS에서 보다 낮은 수준으로 야기된다. 또한 O3 분자는 유기기에 의해 장애받지 않고 Si 원자에 도달할 수 있기 때문에, DIPAS 분자 내의 실리콘 원자와 질소 원자 사이의 화학 결합이 O3에 의해 상대적으로 용이하게 끊어질 수 있다. 그러므로 DIPAS가 사용될 때, 증가된 증착 속도가 얻어질 수 있다. 또한, 실리콘 원자와 질소 원자 사이의 화학 결합이 상대적으로 용이하게 끊어지기 때문에, 부산물로서의 유기 화합물 및 질소 화합물이 DIPAS 분자로부터 상대적으로 신속하게 해방된다. 그러므로, 결과 실리콘 산화막 내의 잔류 불순물이 감소되고, 이로 인해 보다 양호한 전기적 특성을 야 기한다.
또한, DIPAS는 상대적으로 작은 분자 구조를 가지기 때문에, DIPAS 분자는 웨이퍼(W) 상에 밀도있게 흡착될 수 있고, 따라서 보다 높은 밀도를 가지는 실리콘 산화막이 얻어질 수 있다. 또한 보다 높은 밀도로 인해, 후속하는 어닐링 처리에 의해 실리콘 산화막은 제한된 수준으로만 수축된다. 그러므로, 실리콘 산화막이 마이크로-(또는 나노-) 패턴으로 에칭된 후에도, 이러한 마이크로-(나노-) 패턴 구조는, 크게 수축되는 박막에서의 내부 응력에 의해 야기될 수 있는 붕괴의 가능성이 더 적다. 또한, DIPAS는 보다 작은 분자 구조를 가지고 가스 유속 및/또는 프로세스 압력은 DIPAS 가스를 사용할 때 증가될 수 있기 때문에, 마이크로-(나노-) 패턴 내의 간격이 실리콘 옥사이드로 충진될 때, 간격 충진 특성이 개선될 수 있다.
또한, DIPAS 분자는 웨이퍼(W) 상에 높은 속도로 흡착될 수 있고, 이로 인해 가스의 소모가 감소된다. 또한, 전체 웨이퍼 균일성이 일반적으로 반응 가스의 유속 및/또는 프로세스 챔버 내의 프로세스 압력을 조정함으로써 조정될 수 있기 때문에, 높은 증기압으로부터 기인하여 유속 및 프로세스 압력에 대한 프로세스 윈도우를 넓힐 수 있는 DIPAS를 사용함으로써 전체 웨이퍼 균일성에 관한 프로세스 윈도우가 넓어질 수 있다.
본 실시예에 따른 박막 증착 장치에서 DIPAS 가스의 사용 시에 양호한 프로세스 파라미터의 예는 다음과 같다.
- 턴 테이블(2)의 회전 속도: 240 rpm
- 프로세스 압력: 2.13 kPa (16 Torr)
- 웨이퍼 온도: 350 내지 500 ℃
- DIPAS 가스의 유속: 275 sccm
- O3 가스의 유속: 10,000 sccm
- 분리 가스 노즐(41, 42)로부터의 N2 가스의 유속: 20,000 sccm
<예>
다음에, 반응 가스로서 DIPAS 가스를 사용하여 증착된 박막의 박막 특성에 대해서 설명한다.
<실험1: 증착 속도>
먼저, 증착 속도에 대한 실험 결과를 설명한다. 이들 실험은 DIPAS 가스와 BTBAS 가스 사이의 증착 속도를 비교하고, DIPAS 가스를 사용할 때, 증착 속도에 대한 가스 유속, 프로세스 압력, 및 웨이퍼 온도의 의존도를 조사하기 위해 실시되었다. 턴 테이블(2)의 회전 속도는 예 1-1 내지 1-9 모두에 대하여 240 rpm이었다. [표 1]의 "예 1-1"에, BTBAS 가스를 사용하여 연구된 조건 범위에서 가장 높은 증착 속도를 야기한 조건이 개시된다.
[표 1]
|
예
# |
프로세스 압력
(kPa(Torr)) |
웨이퍼
온도 (℃) |
반응 가스 |
유속
(sccm) |
| 1-1 | 1.07(8) | 350 | BTBAS | 200 |
| 1-2 | 1.07(8) | 350 | DIPAS | 100 |
| 1-3 | 1.07(8) | 350 | DIPAS | 200 |
| 1-4 | 1.07(8) | 350 | DIPAS | 275 |
| 1-5 | 1.60(12) | 350 | DIPAS | 275 |
| 1-6 | 2.13(16) | 350 | DIPAS | 275 |
| 1-7 | 1.07(8) | 400 | DIPAS | 275 |
| 1-8 | 1.07(8) | 450 | DIPAS | 275 |
| 1-9 | 1.07(8) | 500 | DIPAS | 275 |
도 27은 [표 1]에 나열된 조건 하에서 증착된 실리콘 산화막의 증착 속도를 요약한다. 도 26에서 동일한 조건 하에서 BTBAS 가스 보다 DIPAS 가스를 사용함으로써 보다 높은 증착 속도가 얻어진다(예 1-1, 1-3 참조). 또한, DIPAS 가스가 사용될 때, 가스 유속 및 프로세스 압력은 BTBAS 가스가 사용될 때의 상한 보다 높게 설정될 수 있고, 증착 속도는 이들 파라미터의 증가량에 따라서 보다 높아진다. 구체적으로, 예 1-6에서의 증착 속도는 BTBAS 가스가 사용된 예 1-1에서의 증착 속도 보다 약 80 % 높다.
또한, DIPAS 가스가 사용되면, 증착 속도는 350 ℃ 내지 500 ℃의 온도 범위에서 거의 일정하다(도26의 예 1-4, 1-7, 1-8, 1-9 참조). 이는 DIPAS 분자가 상기 온도 범위에서 안정적이며, 열에 의해서가 아니라 주로 O3에 의한 산소를 통해서 분해된다는 것을 나타낸다.
<실험2: 증착 속도>
다음에, 보다 높은 프로세스 압력에서 수행된 다른 실험의 실험 결과를 설명한다. 실험 조건은 [표 2]에 요약된다. [표 1]과 동일한 방식으로, BTBAS 가스에 대한 실험 조건이 [표 2]의 예 2-1로서 개시된다. 반응 가스 유속 및/또는 프로세스 압력이 증가될 때, 제2 반응 가스 노즐(32)을 통해 공급되는 O3 가스, 분리 가스 공급 파이프(51)를 통해 공급되는 N2 가스, 및 퍼지 가스 공급 파이프(72)로부터 공급되는 N2 가스의 유속이 따라서 증가된다. [표 2]의 예 2-1 내지 2-8 모두에 대해서 웨이퍼 온도는 350 ℃이고, 턴 테이블(2)의 회전 속도는 240 rpm이었다.
[표 2]
| 실험# |
프로세스
압력 (kPa (Torr)) |
반응
가스 |
반응
가스 유속 (sccm) |
O
3
유속 (slm) |
파이프(51)로
부터의 N 2 가스 (slm) |
파이프(72)로
부터의 N 2 가스 (slm) |
| 2-1 | 1.07(8) | BTBAS | 200 | 10 | 10 | 10 |
| 2-2 | 0.53(8) | DIPAS | 275 | 6 | 5 | 4 |
| 2-3 | 0.80(6) | DIPAS | 275 | 8 | 8 | 7 |
| 2-4 | 1.07(8) | DIPAS | 275 | 10 | 10 | 9 |
| 2-5 | 1.60(12) | DIPAS | 275 | 10 | 10 | 9 |
| 2-6 | 2.13(16) | DIPAS | 275 | 10 | 10 | 9 |
| 2-7 | 3.20(24) | DIPAS | 275 | 10 | 15 | 9 |
| 2-8 | 4.27(32) | DIPAS | 275 | 10 | 20 | 9 |
도 28은 상기 조건 하에서 증착된 실리콘 산화막의 증착 속도를 요약한다. 도시된 바와 같이, DIPAS 가스가 사용될 때, 박막 증착은 4.27 kPa (32 Torr)의 높은 프로세스 압력에서도 수행될 수 있으며, 이는 BTBAS 가스를 사용해서 도달할 수 있는 증착 속도의 거의 2배 만큼 높은 것이다.
<실험3: 간격 충진 특성>
다음에, 간격 충진 특성을 연구하기 위해 수행된 다른 실험의 실험 결과를 설명한다. 이 실험에서, 30의 종횡비(깊이: 10 ㎛, 폭: 30 ㎛)를 각각 가지는 상 대적으로 깊은 바닥을 구비한 개구가 웨이퍼(W) 내에 만들어지고 개구는 분 발명에 따른 박막 증착 장치를 사용하여 실리콘 옥사이드로써 충진된다. 개구가 실리콘 옥사이드로 충진된 후에, 충진된 개구의 단면이 도 28에 개략적으로 도시된 바와 같이 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 관찰되었다. 상기 관찰에서, 웨이퍼(W) 표면(즉, 개구가 만들어지지 않은 위치), 개구의 측벽, 및 개구의 바닥면 상에서의 실리콘 옥사이드의 두께가 측정되었고, 도 28에서 도시된 바와 같이 각각 tT, tS, 및 tB로 지시한다. 간격 충진 특성을 수치적으로 평가하기 위해, 상기 개구의 측벽 및 바닥 상에 실리콘 옥사이드의 증착 시의 일반적인 어려움을 고려하여, 실리콘 두께(tT)에 대한 실리콘 옥사이드의 두께(tS 및 tB)의 비(RS 및 RB)[RS = (tS/tT) x 100, RB = (tB/tT) x 100]가 계산된다.
개구를 충진하기 위한 실리콘 옥사이드의 증착 조건은 [표 3]에 개시되며, BTBAS 가스에 대한 증착 조건도 개시된다. 30, 60, 120, 및 240 rpm의 턴 테이블(2) 회전 속도가 예 3-1 내지 3-3의 각각에서 테스트된다. 또한, [표 3]의 모든 예에 대해서, 웨이퍼 온도는 350 ℃, 300 g/Nm3의 농도를 가지는 O3 가스의 유속은 10 slm, 및 웨이퍼 온도는 350 ℃이다.
[표 3]
| 예# |
반응
가스 |
반응 가스
유속 (sccm) |
프로세스
압력 (kPa(Torr)) |
| 3-1 | BTBAS | 200 | 1.07(8) |
| 3-2 | DIPAS | 275 | 1.07(8) |
| 3-3 | DIPAS | 275 | 2.13(16) |
도 29 내지 도 31은 본 실험에서 얻어진 충진된 개구의 관찰 결과를 개략적으로 도시하며, 이는 SEM을 사용하여 관찰되었다. 도 29 내지 31에서, 괄호 한의 숫자는 해당 관찰에 의해 계산된 비(RS, RB)를 지시한다. 비(RS)와 관련하여, 개구의 바닥 근방에서 측정된 tS를 사용하여 계산된 추가적인 값이 도 29 내지 도 31의 최하단의 행에 도시된다.
BTBAS 가스가 사용된 예 3-1(도 29)에서, 턴 테이블(2)의 회전 속도가 증가됨에 따라서, 비(RS 및 RB)가 감소되고, 이는 간격 충진 특성이 열화된 것을 의미한다. 예컨대, 240 rpm의 회전 속도에서 비(RS)는 약 38 %이다(도 29의 우측 하단 도면 참조). DIPAS가 사용된 예 3-2(도 30) 및 예 3-3(도 31)에서도 동일한 경향을 볼 수 있지만, 240 rpm의 동일한 회전 속도에서의 비(RS)는 약 50 %(도 30) 및 59 %(도 31)로서 높다. 이러한 결과로부터, BTBAS 가스에 비해서 DIPAS 가스에 의해서 보다 양호한 간격 충진 특성이 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 턴 테이블(2)의 회전 속도의 감소에 따른 간격 충진 특성의 개선은 도 32에 명확하게 도시되며, 여기서 개구의 바닥 근방에서 측정된 tS 값을 사용하여 계산된 비(RS)가 턴 테이블(2)의 회전 속도에 대하여 도시된다. 100 %를 초과하는 비(RB)가 예 3-1 및 3-2의 30 rpm의 회전 속도에서 관찰된다(각각 도 30 및 도 31의 좌측 하단 도면 참조). 이는 바닥부 근방의 개구의 측벽 상에 증착된 실리콘 옥사이드로 인하여, 두께(tB)가 과도하게 증가되기 때문이다.
또한, 예 3-2와 3-3을 비교함으로써, 프로세스 압력이 높을수록 보다 양호한 간격 충진 특성을 얻기에 유리하다는 것을 알 수 있다.
[표 4]는 예 3-1 내지 3-3에서 증착 속도에 대한 회전 속도의 의존도를 요약한다. 모든 예에서, 증착 속도는 턴 테이블(2)의 회전 속도가 증가됨에 따라서 증가된다.
[표 4]
| 회전 속도(rpm) | 30 | 60 | 120 | 240 |
| 예3-1 | 3.51 | 6.54 | 10.44 | 16.17 |
| 예3-2 | 5.35 | 9.16 | 14.86 | 21.28 |
| 예3-3 | 5.59 | 10.14 | 17.01 | 30.86 |
<실험4: 습윤 에칭 특성>
다음에, 습윤 에칭 특성을 연구하기 위해 수행된 다른 실험의 실험 결과를 설명한다. 이 실시예에서, [표 1]에 개시된 예 1-1 내지 1-9와 각각 동일한 박막 증착 조건 예 4-1 내지 4-9에서 얻어진 실리콘 산화막이 1 중량 % 불산 수용액의 애칭액에 의해 에칭되고, 모든 샘플에 대해서 에칭 속도가 얻어졌다. 도 33은 예 4-1 내지 4-9에 대한 에칭 속도를 도시한다. 도 33에서, 참조예 4-1은 에칭액에 의해서 950 ℃에서 열적으로 성장된 실리콘 디옥사이드를 에칭함으로써 얻어진 습윤 에칭을 지시하며, 참조예 4-2는 디-클로로실란 및 N2O를 사용한 CVD법에 의해 780 ℃에서 증착된 실리콘 산화막을 에칭함으로써 얻어진 습윤 에칭 속도를 지시한 다. 도 33의 예 4-1 내지 4-9의 에칭 속도는 열 실리콘 디옥사이드의 에칭 속도로 정규화된다.
도 33으로부터 DIPAS가 사용될 때 가스 유속이나 프로세스 압력이 변화되더라도 에칭 속도는 거의 일정하다는 것을 알 수 있다. 한편, 에칭 속도는 웨이퍼 온도의 증가에 따라 약간 감소된다.
도 33에서, BTBAS 가스를 사용하여 증착된 실리콘 산화막의 에칭 속도는 DIPAS 가스를 사용하여 증착된 실리콘 산화막의 에칭 속도보다 낮다. 이는 BTBAS 계 실리콘 산화막에서 BTBAS 분자로부터 실리콘 산화막으로 통합된 질소 원자의 함량이 크다는 것에 의해서 설명될 수 있고, 통합된 원자는 불산계 에칭액에 대한 에칭 저항력을 증가시킨다. 다시 말해서, DIPAS 가스의 사용은 질소의 함량을 낮추고, 또는 DIPAS계 실리콘 산화막은 BTBAS계 실리콘 산화막에 비해서 적은 불순물을 가진다.
<실험5: 습윤 에칭 특성>
다음에, 실리콘 산화막의 밀도를 연구하기 위해 수행된 다른 실험의 실험 결과를 설명한다. 전술된 바와 같이, 반응 가스(실리콘 소스 가스)가 상대적으로 큰 유기기를 함유할 때, 결과 실리콘 산화막은 낮은 밀도를 가지는 경향이 있고, 이러한 실리콘 산화막은 박막 증착 이후에 수행되는 어닐링 처리에 의해 크게 수축된다. 낮은 밀도를 가지는 실리콘 산화막이 마이크로(또는 나노) 패턴으로 패턴화되고 어닐링 처리를 거칠 때, 마이크로(또는 나노) 패턴이 붕괴될 수 있다. 그렇기 때문에, 높은 밀도를 가지는 실리콘 산화막이 요구된다
본 실험에서, 예 1-1 내지 1-9에 대해서 상응하는 박막 증착 조건으로써 실리콘 산화막을 증착함으로써 예 5-1 내지 5-9의 9개의 샘플이 준비되고, 질소 환경에서 850 ℃로 어닐링되었다. 어닐링 이후의 수축이 각 샘플에 대해서 측정되었다.
도 34는 예 5-1 내지 5-9의 실험 결과를 도시한다. 도 34에서 참조예 5-1은 참조예 4-2와 동일한 CVD법으로 마련된 실리콘 산화막에 대해 측정된 수축을 지시한다. 도 34에 도시된 바와 같이, 수축은 BTBAS 가스를 사용할 때에 비해서 DIPAS 가스를 사용할 때 더욱 낮고, 이는 DIPAS가 BTBAS 가스에 비해 높은 밀도의 실리콘 산화막을 야기한다는 것을 의미한다.
<실험6: 불순물>
다음에, 실리콘 산화막에 함유된 불순물을 연구하기 위해 수행된 다른 실험의 실험 결과를 설명한다. 본 실험에서, 실리콘 산화막을 50 nm의 깊이로 스퍼터링함으로서 박막 내의 불순물(수소, 질소, 및 탄소)의 농도를 측정하기 위해 이차 이온 질량 분석기(SIMS)가 사용되었다. 실리콘 산화막은 1.07 kPa (8 Torr)의 프로세스 압력에서 증착되었고, 증착 중의 턴 테이블(2)의 회전 속도는 240 rpm이었다. 사용된 반응 가스(실리콘 소스 가스) 및 웨이퍼 온도는 도 35에 개시된다.
도 35에 도시된 바와 같이, BTBAS 계 실리콘 산화막에 비해서 DIPAS 계 실리콘 산화막에서 수소, 질소, 및 탄소의 보다 낮은 불순물 수준이 얻어진다. 구체적으로, 질소 및 탄소 수준은 DIPAS 계 실리콘 산화막에서 현저하게 낮다. 또한 DIPAS 가스가 사용될 때, 수소 및 질소 수준은 웨이퍼 온도가 증가함에 따라서 감 소된다.
상세한 설명 및 도면이 생략되었지만, 또 다른 실험에서는 사이클 속도[턴 테이블(2)의 1회전당 실리콘 산화막 두께] 및 실리콘 옥사이드 두께의 전체 웨이퍼 균일성이 DIPAS 가스를 사용할 때 증가되거나 개선된다는 것이 밝혀졌다. 구체적으로 뱃치형 증착 장치를 사용한 실험으로부터 DIPAS 가스를 사용할 때 사이클 속도는 BTBAS 가스를 사용할 때에 비해서 1.34 배만큼 높아진다는 것이 발견되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 박막 증착 장치를 도시한 사시도.
도 3은 도 1의 박막 증착 장치를 도시한 평면도.
도 4a 및 도 4b는 분리 영역 및 프로세스 영역을 도시한 전개 단면도.
도 5는 도 1의 박막 증착 장치를 도시한 부분 단면도.
도 6은 도 1의 박막 증착 장치의 반응 가스 공급부를 도시한 사시도.
도 7은 도 1의 박막 증착 장치를 도시한 부분 단면도.
도 8은 도 1의 박막 증착 장치를 도시한 부분 사시도.
도 9는 도 1의 박막 증착 장치의 챔버에 공급되는 가스의 유동 패턴을 도시한 도면.
도 10a는 도 1의 박막 증착 장치의 천정면(또는 볼록부)의 치수를 설명하기 위한 부분 평면도.
도 10b는 도 1의 박막 증착 장치의 천정면(또는 볼록부)의 치수를 설명하기 위한 부분 측면도.
도 11은 도 1의 박막 증착 장치 내의 볼록부의 변경예를 도시한 부분 단면도.
도 12a 내지 도 12c는 도 1의 박막 증착 장치의 볼록부의 변경예를 도시한 도면.
도 13a 내지 도 13c는 도 1의 박막 증착 장치의 배출 구멍 배열의 변경예를 도시한 도면.
도 13d 내지 도 13g는 도 1의 박막 증착 장치의 볼록부의 다른 변경예를 도시한 도면.
도 14는 가스 공급 노즐의 다른 구성을 도시한 평면도.
도 15는 도 1의 박막 증착 장치의 볼록부의 변경예를 도시한 평면도.
도 16은 도 1의 박막 증착 장치의 볼록부의 다른 변경예를 도시한 사시도.
도 17은 도 1의 박막 증착 장치의 볼록부의 다른 변경예를 도시한 평면도.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면도.
도 19는 도 1 또는 도 18의 박막 증착 장치가 합체된 기판 처리 장치를 도시한 개략도.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 도시한 개략 평면도.
도 21a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 도시한 개략 평면도.
도 21b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 도시한 개략 평면도.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치에 의해 양호하게 형성된 다중층 박막을 도시한 개략 단면도.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치를 도시한 개략 평면도.
도 24a는 웨이퍼의 공동 내의 반응 가스 분자의 거동을 도시한 개략도.
도 24b는 웨이퍼의 공동 내의 O3 분자에 의한 반응 가스 분자의 산화를 도시한 개략도.
도 24c는 웨이퍼로부터 해방되는 부산물을 도시한 개략도.
도 25a는 BTBAS 분자의 분자 구조를 도시한 도면.
도 25b는 DIPAS 분자의 분자 구조를 도시한 도면.
도 26은 본 발명의 실시예의 박막 증착 방법에 따라 수행된 실험1의 실험 결과를 도시한 도면.
도 27은 본 발명의 실시예의 박막 증착 방법에 따라 수행된 실험2의 실험 결과를 도시한 도면.
도 28은 본 발명의 실시예의 박막 증착 방법에 따른 실험3에서 사용된 웨이퍼 내에 만든 개구를 도시한 개략 단면도.
도 29는 실험3에서 실리콘 옥사이드로 부분적으로 충진된 개구를 도시한 개략 단면도.
도 30은 실험3에서 실리콘 옥사이드로 부분적으로 충진된 개구를 도시한 다른 개략 단면도.
도 31은 실험3에서 실리콘 옥사이드로 부분적으로 충진된 개구를 도시한 또 다른 개략 단면도.
도 32는 실험3에서 얻어진 간격 충진 특성에 대한 턴 테이블의 회전 속도의 의존도를 도시한 도면.
도 33은 본 발명의 실시예의 박막 증착 방법에 따라 수행된 실험4의 실험 결과를 도시한 도면.
도 34는 본 발명의 실시예의 박막 증착 방법에 따라 수행된 실험5의 실험 결과를 도시한 도면.
도 35는 본 발명의 실시예의 박막 증착 방법에 따라 수행된 실험6의 실험 결과를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1:챔버
2:턴 테이블
4:볼록부
5:돌출부
10:반송 아암
21:코어부
22:회전축
31:제1 반응 가스 노즐
32:제2 반응 가스 노즐
Claims (37)
- 챔버 내에 반응 생성물의 층을 생성하기 위해, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 교대로 공급하는 사이클을 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치이며,챔버 내에 회전가능하게 제공된 턴 테이블과,턴 테이블의 일면에 제공되고 내부에 기판이 배치되는 기판 수용부와,제1 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제1 반응 가스 공급부와,턴 테이블의 회전 방향을 따라서 제1 반응 가스 공급부로부터 이격되며, 제2 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제2 반응 가스 공급부와,제1 반응 가스가 공급되는 제1 프로세스 영역과 제2 반응 가스가 공급되는 제2 프로세스 영역 사이에 상기 회전 방향을 따라서 위치된 분리 영역과,제1 프로세스 영역과 제2 프로세스 영역을 분리하도록 챔버의 중앙부에 위치되며, 상기 일면을 따라서 제1 분리 가스를 배출하는 배출 구멍을 가지는 중앙 영역과,챔버를 배기시키도록 챔버 내에 제공된 배기 개구를 포함하며,상기 분리 영역은제2 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부와,턴 테이블의 일면에 대하여, 회전 방향에 대해 분리 영역으로부터 프로세스 영역으로 제2 분리 가스가 유동할 수 있고 프로세스 영역의 천정면과 턴 테이블 사이에 생성되는 공간보다 좁은, 좁은 공간을 생성하는 천정면을 포함하고,상기 분리 영역의 천정면은, 상기 챔버의 외측 주연부를 향하여 상기 회전 방향을 따르는 폭이 넓어지도록 구성되는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 중앙 영역은 턴 테이블의 회전 중심부와 챔버의 내측 상면에 의해 한정되며, 상기 중앙 영역은 제1 분리 가스에 의해 퍼지되는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 중앙 영역은 챔버의 내측 상면과 챔버의 바닥면 사이에 제공된 기둥 부재와, 상기 기둥 부재가 회전 슬리브의 내부에 위치될 수 있도록 하기 위해 회전가능하게 제공된 회전 슬리브를 포함하며, 상기 회전 슬리브는 턴 테이블의 회전축으로서 기능하는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 배기 개구는 턴 테이블의 외측 주연부 에지와 챔버의 내측 주연벽 사이의 간격을 통해 챔버를 배기시키는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리 영역 내의 압력은 제1 및 제2 프로세스 영역 내의 압력보다 큰, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 수용부에 배치된 기판의 표면과 기판 수용부를 제외한 턴 테이블의 상면 사이의 높이 차는 5 mm 이하인, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스를 제1 가스 공급부로 유입시키도록 구성된 제1 가스 유입 포트와,상기 제2 반응 가스를 제2 가스 공급부로 유입시키도록 구성된 제2 가스 유입 포트와,상기 제2 분리 가스를 분리 가스 공급부로 유입시키도록 구성된 제3 가스 유입 포트를 더 포함하며,상기 제1, 제2 및 제3 가스 유입 포트는 챔버의 주연벽과 챔버의 중앙부 중 적어도 하나에 제공되는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리 가스 공급부는 턴 테이블의 회전 중심으로부터 턴 테이블의 외측 주연부를 향하는 방향, 및 상기 주연부로부터 상기 회전 중심을 향하는 방향의 복수의 방향 중 하나를 따라서 배열된 복수의 배출 구멍을 포함하는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리 영역의 천정면은 평면인, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리 영역의 천정면은 곡면인, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 프로세스 영역 및 제2 프로세스 영역에 대응하여 복수개의 배기 개구가 제공되어, 상기 배기 개구 중 하나로부터는 제1 반응 가스를, 다른 하나로부터는 제2 반응 가스를 독립적으로 배기시키는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 턴 테이블을 가열하는 가열부를 더 포함하는, 박막 증착 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 가열부는 턴 테이블의 하방에 위치된, 박막 증착 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 가열부는 턴 테이블의 상방에 위치된, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 퍼지 가스를 턴 테이블 아래의 공간에 공급하여, 턴 테이블의 외측 주연부로부터 상기 턴 테이블 아래의 공간 내로 유동하는 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스의 양을 감소시키는 퍼지 가스 공급부를 더 포함하는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리 영역은 챔버의 내측 주연벽에 인접하는 천정면의 에지로부터 절곡되어 턴 테이블의 외측 주연부와 챔버의 내측 주연벽 사이에 개재되는 절곡부를 포함하며, 상기 절곡부와 턴 테이블의 외측 주연부 사이의 간격은 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 진입하지 않도록 결정되는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리 영역 내에 좁은 공간을 생성하는 천정면에서는, 턴 테이블이 회전할 때 턴 테이블의 기판 수용부 내에 배치된 기판의 중심이 지나가는 경로에 상응하는 원호를 따르는 거리가 50 mm 이상인, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 턴 테이블은 그 회전 방향을 따라 복수의 기판 수용부를 포함하는, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 챔버는 턴 테이블과 챔버 외부의 반송 기구 사이에서 기판이 전방 및 후방으로 반송되어 통과하는 반송 개구를 가지며, 상기 반송 개구는 챔버의 측벽에 제공된 게이트 밸브에 의해 개폐가능한, 박막 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분리 가스 공급부와 회전 방향에 대해 상류에 위치된 천정면 에지 사이의 회전 방향으로의 거리는 턴 테이블의 반경 방향으로 외측 지점으로 갈수록 더 길어지는, 박막 증착 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 분리 영역의 천정면은 부채꼴 형상인, 박막 증착 장치.
- 내부에 기판 반송 기구를 가지는 반송 챔버와,반송 챔버에 기밀식으로 연결된 제1항의 박막 증착 장치와,진공으로 배기될 수 있고, 반송 챔버에 기밀식으로 연결된 예비 챔버를 포함하는, 기판 처리 장치.
- 챔버 내에 반응 생성물의 층을 생성하기 위해, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 교대로 공급하는 사이클을 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 방법이며,챔버 내에 회전가능하게 제공된 턴 테이블 상에 기판을 배치하는 단계와,기판이 배치된 턴 테이블을 회전시키는 단계와,제1 반응 가스 공급부로부터 턴 테이블로 제1 반응 가스를 공급하는 단계와,턴 테이블의 회전 방향을 따라서 제1 반응 가스 공급부로부터 이격된 제2 반응 가스 공급부로부터 턴 테이블로 제2 반응 가스를 공급하는 단계와,분리 영역의 천정면과 턴 테이블 사이에 생성되고 프로세스 영역의 천정면과 턴 테이블 사이에 생성되는 공간보다 좁은, 좁은 공간 내에서 턴 테이블의 회전 방향으로 분리 영역으로부터 프로세스 영역으로 제1 분리 가스를 유동시키도록, 제1 반응 가스 공급부로부터 제1 반응 가스가 공급되는 제1 프로세스 영역과 제2 반응 가스 공급부로부터 제2 반응 가스가 공급되는 제2 프로세스 영역 사이에 위치된 분리 영역 내에 제공된 분리 가스 공급부로부터 제1 분리 가스를 공급하는 단계와,챔버의 중앙부에 위치되는 중앙 영역 내에 형성된 배출 구멍으로부터 제2 분리 가스를 공급하는 단계와,챔버를 배기하는 단계를 포함하고,상기 분리 영역의 천정면은, 상기 챔버의 외측 주연부를 향하여 상기 회전 방향을 따르는 폭이 넓어지도록 구성되는, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 중앙 영역은 턴 테이블의 회전 중심부와 챔버의 내측 상면에 의해 한정되며, 상기 중앙 영역은 제2 분리 가스에 의해 퍼지되는, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 중앙 영역은 챔버의 내측 상면과 챔버의 바닥면 사이에 제공된 기둥 부재와, 상기 기둥 부재가 회전 슬리브의 내부에 위치될 수 있도록 하기 위해 회전가능하게 제공된 회전 슬리브를 포함하며, 상기 회전 슬리브는 턴 테이블의 회전축으로서 기능하는, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 배기하는 단계에서, 챔버는 턴 테이블의 외측 주연부 에지와 챔버의 내측 주연벽 사이의 간격을 통해 배기되는, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 분리 영역 내에 좁은 공간을 생성하는 천정면에서는, 턴 테이블이 회전할 때 턴 테이블의 기판 수용부 내에 배치된 기판의 중심이 지나가는 경로에 상응하는 원호를 따르는 거리가 50 mm 이상인, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 분리 영역 내의 압력은 제1 및 제2 프로세스 영역 내의 압력보다 큰, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 분리 영역 내의 압력은 프로세스 영역 내의 압력보다 큰, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 턴 테이블을 가열하는 단계를 더 포함하는, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 제1 반응 가스가 반응 가스의 수에 상응하게 제공된 복수의 배기 개구 중 하나로부터 독립적으로 배기되고, 제2 반응 가스가 상기 복수의 배기 개구 중 다른 하나로부터 독립적으로 배기되는, 박막 증착 방법.
- 제23항에 있어서, 박막 증착이 수행될 때 턴 테이블의 아래의 공간에 퍼지 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 박막 증착 방법.
- 챔버 내에 반응 생성물의 층을 생성하기 위해, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 교대로 공급하는 사이클을 수행함으로써 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치에서 사용되는 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체이며,상기 프로그램은 박막 증착 장치가 제23항의 박막 증착 방법을 수행하게 하 는 일련의 단계를 포함하는, 컴퓨터로 판독가능한 저장 매체.
- 제1항에 있어서,제3 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제3 반응 가스 공급부와,제4 반응 가스를 상기 일면에 공급하도록 구성된 제4 반응 가스 공급부와,제1 반응 가스 공급부로부터의 제1 반응 가스와 제2 반응 가스 공급부로부터의 제2 반응 가스를 통한 제1 박막의 증착이 제3 반응 가스 공급부로부터의 제3 반응 가스와 제4 반응 가스 공급부로부터의 제4 반응 가스를 통한 제2 박막의 증착과 교대로 수행되도록 제1 내지 제4 반응 가스 공급부를 제어하도록 구성된 제어부를 더 포함하며,상기 제3 반응 가스 및 제4 반응 가스는 제1 반응 가스와 제2 반응 가스로부터 형성된 제1 반응 생성물과 상이한 제2 반응 생성물을 생성할 수 있고, 제4 반응 가스 공급부는 턴 테이블의 회전 방향을 따라서 제3 반응 가스 공급부로부터 이격된, 박막 증착 장치.
- 제34항에 있어서, 상기 제1 반응 가스 공급부는 제3 반응 가스 공급부로도 기능하며, 제2 반응 가스 공급부는 제4 반응 가스 공급부로도 기능하는, 박막 증착 장치.
- 제23항에 있어서,제3 반응 가스 공급부로부터의 제3 반응 가스와 제4 반응 가스 공급부로부터의 제4 반응 가스를 기판에 교대로 공급하여, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스로부터 증착된 반응 생성물과 상이한 반응 생성물을 증착하는 단계를 더 포함하며,상기 제3 반응 가스 공급부와 제4 반응 가스 공급부는 턴 테이블의 회전 방향으로 서로 이격되게 배열되고,상기 제3 반응 가스와 제4 반응 가스를 교대로 공급하는 단계는 제1 반응 가스를 공급하는 단계와 제2 반응 가스를 공급하는 단계가 교대로 수행된 후에 수행되는, 박막 증착 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 제1 반응 가스 공급부는 제3 반응 가스 공급부로도 기능하며, 제2 반응 가스 공급부는 제4 반응 가스 공급부로도 기능하는, 박막 증착 방법.
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