KR102288960B1

KR102288960B1 - 박막증착방법

Info

Publication number: KR102288960B1
Application number: KR1020190046026A
Authority: KR
Inventors: 정우영; 김태윤; 김성호
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2021-08-11
Also published as: KR20200122808A; KR102288960B9

Abstract

본 발명은 박막증착방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 상면에 증착된 박막에 의한 기판의 보잉(bowing) 현상을 방지할 수 있도록 기판의 하면에 박막을 증착할 수 있는 박막증착방법에 대한 것이다.

Description

박막증착방법 {Thin film deposition method}

종래 기술에 따른 박막증착방법은 기판의 일면, 예를 들어 기판의 상면에 소정 두께의 박막을 증착하게 된다.

이 경우, 3d-Nand 디바이스 등과 같이 기판의 상면에 박막이 중첩되어 증착되는 경우에 박막의 응력에 의해 기판을 보잉(bowing)시킬 수 있다. 기판의 보잉 현상이 발생하게 되면 후속하는 공정에서 기판을 정확한 위치에 위치시켜 공정이 수행되는 것을 어렵게 하며, 또한 기판을 척킹(chucking)하는 것을 힘들게 할 수 있다.

특히, 기판 처리 공정은 매우 높은 정밀도를 요구하는 작업으로 이루어지는데 기판의 보잉 현상은 이러한 기판 공정의 정밀도를 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기판의 보잉 현상을 감소시키거나, 기판의 보잉 현상을 방지할 수 있도록 기판의 하면에 박막을 증착할 수 있는 박막증착방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기판의 하면에 박막을 증착하는 경우에 기판의 상면에 박막이 증착되지 않도록 하는 박막증착방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 기판을 기판지지부에 안착시키는 단계, 상기 기판지지부를 상승시켜 상기 기판의 상면과 상부 샤워헤드의 하면 사이의 간격을 플라즈마가 발생하지 않는 미리 정해진 간격으로 맞추는 단계, 상기 기판 상면을 향해 불활성가스를 공급하는 단계, 상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계, 상기 상부 샤워헤드에 RF 전원을 인가하여 하부 샤워헤드와 상기 기판의 하면 사이에 플라즈마를 발생시키는 단계, 상기 기판 하면에 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 기판을 상기 기판지지부에 안착시키는 단계에서 상기 기판 하면의 가장자리 영역을 상기 기판지지부에 의해 지지할 수 있다.

이 경우, 상기 기판 하면의 가장자리가 상기 기판지지부와 접촉하여 상기 기판 하면의 가장자리와 상기 기판지지부의 상면 사이가 밀폐될 수 있다.

또한, 상기 기판지지부를 상승시키는 단계에서 상기 기판의 상면과 상부 샤워헤드의 하면 사이의 간격은 플라즈마 쉬스 이하의 거리로 결정될 수 있다.

나아가, 상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에 앞서서 또는 상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에서 상기 챔버 내부의 상부에 구비된 상부히터를 구동시켜 상기 기판을 가열할 수 있다.

한편, 상기 기판지지부는 상기 기판 하면의 가장자리를 지지하는 기판홀더와, 상기 기판홀더의 내측에서 상기 기판의 하면을 향해 공정가스를 공급하는 하부 샤워헤드를 구비하고, 상기 하부 샤워헤드의 측면과 상기 기판홀더의 내면 사이에 마련되어 상기 챔버 내부와 연통되는 배기유로가 형성되고, 상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에서 상기 기판의 하면을 향해 공급된 공정가스 중에 반응에 참여하지 않은 잔존가스 또는 부산물은 상기 배기유로를 통해 상기 챔버의 하부로 배기될 수 있다.

한편, 상기 하부 샤워헤드의 정전용량을 조절하여, 상기 챔버 벽에 비해 상대적으로 상기 하부 샤워헤드 쪽으로 더 많은 RF 전류가 유도되도록 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면 상기 기판의 하면에 박막을 증착함으로써 기판 상면의 박막으로 인해 발생하는 응력을 기판 하면에 증착된 박막의 응력으로 상쇄시켜 기판의 보잉 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 기판의 하면에 박막을 증착하면서 기판의 상면에 원하지 않는 박막이 증착되지 않도록 하여 불필요한 공정이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 기판에 박막이 증착되는 경우에 기판의 보잉현상을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치의 측단면도,
도 3은 기판홀더를 확대해서 도시한 일부 확대도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착방법을 도시한 순서도,
도 5는 증착공정에서 기판지지부가 증착높이로 상승한 상태를 도시한 측단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 기판(W)에 박막이 증착되는 경우에 기판(W)의 보잉(bowing) 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 1의 (A)는 상기 기판(W)의 상면에 소정 두께의 박막(12)이 증착되는 경우에 상기 기판(W)에 압축응력(compressive force)이 작용하는 경우를 도시하며, 도 1의 (B)는 반대로 상기 기판(W)의 상면에 소정 두께의 박막(12)이 증착되는 경우에 상기 기판(W)에 인장응력(tensile force)이 작용하는 경우를 도시한다.

도 1의 (A)와 같이 상기 기판(W)에 압축응력이 작용하면 도면에 도시된 바와 같이 기판(W)의 가장자리 영역이 아래쪽을 향해 보잉하게 되며, 반면에 도 1의 (B)와 같이 상기 기판(W)에 인장응력이 작용하게 되면 상기 기판(W)의 가장자리 영역이 위쪽을 향해 보잉하게 된다.

이와 같이 기판(W)이 보잉하게 되면 후속하는 각종 기판 처리 공정에서 기판에 대한 처리를 수행하는 경우에 기판(W)이 정위치에 위치하기 힘들게 되며, 특히 기판에 대한 처리 공정은 그 정밀도가 나날이 높아지는데 이러한 보잉 현상은 처리공정의 정밀도를 떨어뜨리게 된다. 따라서, 본 발명에서는 전술한 기판의 보잉 현상을 방지하기 위하여 도 1의 (C)와 같이 기판(W)의 하면에 소정 두께의 박막(14)을 증착하여 보잉 현상을 방지한다.

이때, 상기 기판(W)의 상면에 증착되는 박막의 응력이 압축응력이라면(도 1의 (A)) 상기 기판(W)의 하면에 증착되는 박막의 응력도 압축응력이어야 하며, 반면에 상기 기판(W)의 상면에 증착되는 박막의 응력이 인장응력이라면(도 1의 (B)) 상기 기판(W)의 하면에 증착되는 박막의 응력도 인장응력이어야 한다.

이와 같이, 상기 기판(W)의 상면 및 하면에 증착되는 박막의 응력의 성질이 동일하게 형성되어야 도 1의 (C)와 같이 상기 기판(W)에 작용하는 응력을 상쇄하여 보잉 현상을 방지할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막증착장치(1000)의 구조 및 그 동작에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치(1000)의 측단면도로서 내부 구성을 도시한다.

도 2를 참조하면, 상기 박막증착장치(1000)는 내부에 수용공간(110)을 제공하는 챔버(100), 상기 챔버(100)의 내측에서 기판(W)의 상면을 향해 불활성가스를 공급하며 RF 전원이 인가되는 상부 샤워헤드(200), 상기 챔버(100) 내측의 상부에 구비되어 상기 수용공간(110)을 가열하는 상부히터(230), 상기 기판(W) 가장자리의 하면을 지지하여 상기 기판(W)의 하면을 향해 공정가스를 공급하고, 플라즈마를 이용하여 상기 기판(W)의 하면에 박막을 증착하는 기판지지부(400) 및 상기 기판지지부(400)와 연결되어 상기 상부전극(230)으로 인가된 RF 전원을 상기 기판지지부(400)로 유도하는 RF 조절부(500)를 구비할 수 있다.

상기 챔버(100)는 내측에 상기 기판(W)에 대한 증착 공정이 수행되는 수용공간(110)을 제공한다.

상기 챔버(100)의 일측에는 상기 기판(W)이 상기 수용공간(110)으로 로딩 또는 상기 수용공간(110)에서 언로딩되는 개구부(미도시)를 구비할 수 있으며, 전술한 개구부에는 도어(미도시)가 구비될 수 있다.

상기 챔버(100)의 상부에는 상기 기판(W)의 상면을 향해 불활성가스를 공급하는 상부 샤워헤드(200)와, 상기 챔버(100) 내측의 상부에 구비되어 상기 수용공간(110)을 가열하는 상부히터(230)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 챔버(100)의 상부에는 불활성가스 등이 공급되는 상부 공급로(252)를 구비할 수 있다.

상기 상부 공급로(252)를 따라 공급된 불활성가스는 상부 확산부(210)를 거쳐 상기 상부 샤워헤드(200)로 공급된다.

상기 상부 샤워헤드(200)로 공급된 불활성가스는 상기 기판(W)의 상면으로 공급되어, 상기 기판(W)의 하면에 증착공정을 수행하는 경우에 공정가스가 상기 기판(W)의 상면으로 유입되는 것을 방지하게 된다.

또한, 상기 챔버(100) 내부의 세정공정 시에는 상기 상부 샤워헤드(200)를 통해 상기 수용공간(110)으로 세정가스를 공급할 수 있다.

한편, 상기 챔버(100) 내부의 상측에는 상기 수용공간(110)을 가열하는 상부히터(230)를 구비할 수 있다. 상기 상부히터(230)를 관통하여 전술한 상부 공급로(252)가 형성될 수 있다. 상기 상부히터(230)의 아래쪽에는 상기 상부 샤워헤드(200)가 연결된다.

상기 상부 샤워헤드(200)는 상기 상부히터(230)와의 사이에 전술한 상부 확산부(210)를 제공하게 된다. 또는 도시되지는 않았지만 상기 상부 샤워헤드(200)의 내측에 상기 상부 확산부(210)가 제공되어, 상기 상부 확산부(210)가 상기 상부히터(230)와 접하지 않는 구조도 가능하다.

따라서, 상기 상부 공급로(252)를 통해 공급된 불활성가스 또는 세정가스는 상기 상부 확산부(210)에서 확산되어 상기 상부 샤워헤드(200)의 상부관통홀(212)을 통해 하부로 공급된다.

한편, 상기 상부 샤워헤드(200)는 RF 전원공급부(600)와 연결되어 RF 전원이 공급될 수 있다. 즉, 상기 상부 샤워헤드(200)가 상부전극의 역할을 할 수 있다.

상기 상부 샤워헤드(200)에 RF 전원이 인가되는 경우에 상기 상부 샤워헤드(200)는 기판(W) 및 하부 샤워헤드(430)와 용량결합(capacitive coupling)되고, 상기 기판(W)의 하면과 하부 샤워헤드(430) 사이에 플라즈마가 발생하여 상기 기판(W)의 하면에 박막을 증착할 수 있다. 이에 대해서는 이후에 상술한다.

한편, 전술한 기판지지부(400)는 상기 수용공간(110)의 하부에 상하로 이동 가능하게 구비되며, 상기 기판(W) 하면의 가장자리를 지지하여 상기 기판(W)의 하면을 향해 공정가스를 공급하여 상기 기판(W)의 하면에 박막을 증착시키게 된다.

상기 기판지지부(400)는 하부로 연장된 구동바(470)와 연결되며, 상기 구동바(470)가 모터 등과 같은 구동부(미도시)와 연결되어 상기 구동부의 구동에 의해 상기 구동바(470)와 기판지지부(400)가 상하로 이동할 수 있다.

구체적으로, 상기 기판지지부(400)는 상기 기판(W) 가장자리의 하면을 지지하는 기판홀더(410)와, 상기 기판(W)의 하면을 향해 공정가스를 공급하는 하부 샤워헤드(430)와, 열교환유로(452)가 형성된 하부플레이트(450)를 구비할 수 있다.

상기 기판홀더(410)는 상기 기판(W) 가장자리의 하면을 지지할 수 있다.

도 3은 상기 기판홀더(410)를 확대해서 도시한 일부 확대도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 기판홀더(410)는 그 하단부가 상기 하부플레이트(450)와 연결된 고정부(420)에 의해 지지된다.

상기 기판홀더(410)는 상기 고정부(420)에서 상부를 향해 연장 형성되고, 내측을 향해 절곡된 형상을 가지게 된다.

이 경우, 상기 기판홀더(410)의 상단부에는 상기 기판(W) 가장자리의 하면을 지지하는 지지면(416)과 상기 지지면(416)을 향해 경사진 경사부(414)를 구비할 수 있다. 상기 기판(W)을 상기 지지면(416)에 안착시키는 경우에 상기 경사부(414)에 의해 상기 기판(W)이 정확하게 지지면(416)에 의해 지지되도록 할 수 있다.

한편, 상기 기판(W)의 하면에 박막을 증착하는 경우에 상기 기판(W) 가장자리의 하면을 지지하는 지지거리(d)가 중요할 수 있다. 상기 지지거리(d)가 상대적으로 짧게 되면 상기 기판(W)을 안정적으로 지지할 수 없으며, 또한 상기 기판(W) 가장자리 하면과 상기 지지면(416) 사이에 간극이 발생할 수 있어 공정가스가 상기 기판(W)의 상부로 유입될 수 있다.

반면에, 상기 지지거리(d)가 상대적으로 너무 길게 되면 상기 기판(W)의 하면에 증착되는 박막의 면적이 줄어들게 되어 기판(W) 상면의 박막에 의해 작용하는 응력을 적절히 상쇄할 수 없게 된다. 상기 지지거리(d)는 기판(W)의 크기, 기판(W) 상면의 박막의 종류 등을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 기판홀더(410)의 내측에는 하부 샤워헤드(430)가 구비될 수 있다.

상기 구동바(470)를 관통한 하부 공급로(472)를 통해 공정가스가 공급되며, 상기 하부 공급로(472)를 따라 공급된 공정가스는 하부 확산부(432)를 거쳐 상기 하부 샤워헤드(430)로 공급된다. 상기 하부 샤워헤드(430)로 공급된 공정가스는 하부관통홀(434)을 통해 상기 기판(W)의 하면을 향해 공급된다. 상기 하부 샤워헤드(430)의 상면과 상기 기판(W) 하면 사이의 거리는 대략 5 mm 내지 15 mm로 결정될 수 있다.

이 경우, 상기 하부 샤워헤드(430)는 접지되어 상기 기판(W)과의 사이에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 기판(W)의 하면에 박막을 증착하는 경우에 상기 기판지지부(400)가 상승하여 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이의 거리(L)(도 5 참조)는 플라즈마가 발생하지 않는 거리 이하로 좁혀지게 된다. 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이에 플라즈마가 발생하게 되면 상기 기판(W)의 상면에 불필요한 박막이 증착되거나 기판에 손상을 유발할 수 있기 때문이다.

즉, 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이의 거리(L)는 플라즈마의 쉬스(sheath) 이하의 거리로 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이의 거리(L)는 대략 0.1 mm 내지 2.0 mm로 결정될 수 있다.

한편, 상기 하부플레이트(450)는 전술한 열교환유로(452)가 형성되어, 상기 열교환유로(452)를 따라 열교환유체 등이 유동하여 열교환을 통해 공정가스 또는 상기 챔버(100) 내부의 온도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 하부플레이트(450)는 상기 하부 샤워헤드(430)와 상기 기판홀더(410)를 지지하는 역할을 하게 된다.

이 경우, 상기 하부 샤워헤드(430)는 상기 하부플레이트(450)의 상면에 연결될 수 있으며, 전술한 하부 공급로(472)는 상기 구동바(470) 및 하부플레이트(450)를 관통하여 상기 하부 확산부(432)로 연결된다.

또한, 상기 기판홀더(410)의 하단부를 지지하는 상기 고정부(420)는 상기 하부플레이트(450)에 연결될 수 있다.

이때, 상기 고정부(420)는 상기 기판홀더(410)의 하단부와 상기 하부플레이트(450)를 완전히 결합시키는 것이 아니며, 상기 고정부(420)는 복수개 구비되어 상기 하부플레이트(450)의 외주를 따라 미리 결정된 간격으로 이격되어 구비될 수 있다.

즉, 상기 고정부(420)를 복수개 구비하는 경우에 이웃한 고정부(420) 사이는 아래를 향해 개방되어 상기 챔버(100)의 내부와 연통될 수 있다. 따라서, 상기 하부 샤워헤드(430)의 측면 및 하부플레이트(450)의 측면과 상기 기판홀더(410)의 내면 사이의 공간이 배기유로(422)를 형성하게 된다.

이 경우, 상기 하부 샤워헤드(430)에서 공급된 공정가스는 상기 배기유로(422)를 통해 상기 챔버(100) 내부의 하부로 배출되며, 상기 챔버(100)의 하부에 구비된 배기부(490)를 통해 상기 챔버(100)의 외부로 배기된다.

따라서, 상기 기판홀더(410)의 지지면(416)에 상기 기판(W)이 안착되면 상기 기판홀더(410)의 상부의 개방된 개구부가 상기 기판(W)에 의해 막히게 된다. 이 경우, 상기 기판(W) 하면의 가장자리가 상기 기판지지부(400)의 기판홀더(410)와 접촉하게 되면 상기 기판(W) 하면의 가장자리와 상기 기판지지부(400)의 상면 사이가 밀폐되어 상기 기판(W) 하부의 공정가스가 상기 기판(W)의 상부로 공급되지 않게 된다.

또한, 상기 기판(W)의 하면, 상기 하부 샤워헤드(430)의 상면 및 상기 기판홀더(410)의 상부 내벽에 의해 증착공간(412)이 제공될 수 있다. 이때, 상기 증착공간(412)은 완전히 밀폐된 공간이 아니라, 전술한 배기유로(422)를 통해 상기 챔버(100)의 내부와 연통된 소위 '반밀폐공간'으로 정의될 수 있다.

전술한 구조를 가지는 경우, 상기 증착공간(412)으로 상기 하부 샤워헤드(430)에서 공정가스가 공급되고, 상기 공정가스가 플라즈마에 의해 활성화되어 상기 기판(W)의 하면에 박막이 증착될 수 있다.

상기 공정가스 중에 증착공정 후에 잔존하는 가스는 상기 증착공간(412)과 연결된 배기유로(422)를 따라 상기 챔버(100)의 하부로 배출되며, 상기 챔버(100)의 하부에서 상기 배기부(490)를 통해 상기 챔버(100)의 외부로 배출된다.

한편, 상기 상부 샤워헤드(200)에서 상기 기판(W)의 상면을 향해 공급된 불활성가스는 상기 챔버(100)의 하부로 유동하여 상기 배기부(490)를 통해 상기 챔버(100)의 외부로 배출될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 박막증착장치(1000)의 경우, 상기 상부 샤워헤드(200)에서 공급되는 불활성가스와, 상기 하부 샤워헤드(430)에서 공급되는 공정가스를 배기하기 위하여 별도의 배기부를 구비하는 것이 아니라, 단일 배기부(490)에 의해 상기 불활성가스와 공정가스를 모두 배기할 수 있다. 단일 배기부(490)의 구조를 채용함에 따라 상기 챔버(100) 하부의 구성이 단순해지고 단순한 제어를 통해 상기 챔버(100) 내부의 가스를 배기할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 박막증착장치(1000)에서 상기 기판(W))은 접지된 상기 하부 샤워헤드(430)와 접촉된 상태가 아니라 상기 기판홀더(410)에 의해 상기 하부 샤워헤드(430)에서 이격된 상태를 유지하게 된다. 따라서, 상기 기판(W) 및 상기 하부 샤워헤드(430)의 정전용량(capacitance)과, 상기 챔버(100) 벽의 정전용량에 따라 상기 하부 샤워헤드(430)로 유도되는 RF 전류(RF current)와 상기 챔버(100) 벽으로 유도되는 RF 전류의 양이 변화할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 경우 상기 하부 샤워헤드(430)와 전기적으로 연결된 RF 조절부(500)를 구비하고, 상기 RF 조절부(500)의 조작에 의해 상기 하부 샤워헤드(430)의 정전용량(capacitance)을 조절하여 상기 하부 샤워헤드(430)로 상대적으로 많은 RF 전류를 유도하게 된다.

상기 RF 조절부(500)는 소위 '아날로그 튜너(analog tuner)'로 구성될 수 있으며, 내부에 구비된 가변용량 다이오드(variable capacitance diode)를 조작하여 정전용량을 조절할 수 있는 구성을 가질 수 있다.

이 경우, 상기 RF 조절부(500)는 상기 구동바(470)를 관통하여 배치되는 연결부(480)에 의해 상기 하부플레이트(450)와 전기적으로 연결되고, 상기 하부플레이트(450)는 상기 하부 샤워헤드(430)와 전기적으로 연결될 수 있다.

따라서, 상기 RF 조절부(500)를 조작하여 상기 하부 샤워헤드(430)와 하부플레이트(450)의 정전용량을 조절하여, 상기 챔버(100) 벽이 아니라 상기 하부 샤워헤드(430) 쪽으로 상대적으로 더 많은 RF 전류가 유도되도록 할 수 있다.

상기 RF 조절부(500)의 조작은 상기 상부 샤워헤드(200)에 인가되는 RF 전원, 상기 기판(W)의 크기, 상기 챔버(100)의 크기 등을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다.

이하, 전술한 구성을 가지는 박막증착장치(1000)를 이용하여 기판(W)의 하면에 박막을 증착하는 방법을 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착방법을 도시한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 상기 박막증착방법은 상기 기판(W)을 상기 기판지지부(400)에 안착시키는 단계(S410), 상기 기판지지부(400)를 상승시켜 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이의 간격을 플라즈마가 발생하지 않는 미리 정해진 간격으로 맞추는 단계(S420), 상기 기판(W) 상면을 향해 불활성가스를 공급하는 단계(S430), 상기 기판(W) 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계(S440), 상기 상부 샤워헤드(200)에 RF 전원을 인가하여 상기 하부 샤워헤드(430)와 상기 기판(W)의 하면 사이에 플라즈마를 발생시키는 단계(S450) 및 상기 기판(W) 하면에 증착하는 단계(S460)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 기판(W)을 상기 기판지지부(400)에 안착시키게 된다. 이 경우, 상기 기판(W) 가장자리의 하면이 상기 기판홀더(410)의 지지면(416)에 안착되어 상기 기판홀더(410) 상부의 개구부를 막게 된다. 이때, 상기 기판(W) 가장자리의 하면을 지지하는 지지거리(d)는 미리 적절하게 결정될 수 있다.

이어서, 상기 기판지지부(400)를 상승시키게 된다. 도 5는 증착공정에서 상기 기판지지부(400)가 증착높이로 상승한 상태를 도시한다.

도 5를 참조하면, 상기 기판지지부(400)가 상승하여 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이의 간격(L)을 미리 정해진 간격으로 맞추게 된다. 이때, 상기 간격(L)은 상기 상부 샤워헤드(200)에 RF 전원이 인가되는 경우에도 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이에 플라즈마가 발생하지 않는 정해진 간격으로 결정될 수 있다.

따라서, 후술하는 기판(W) 하면의 증착과정에서 상기 상부 샤워헤드(200)에 RF 전원이 인가되어도 상기 상부 샤워헤드(200)와 상기 기판(W) 상면 사이의 공간에서는 플라즈마가 발생하지 않게 된다.

한편, 상기 기판지지부(400)를 상승시킨 다음, 상기 기판(W) 상면을 향해 불활성가스를 공급하게 된다.

상기 챔버(100)의 상부에 구비된 상기 상부 공급로(252)를 따라 공급된 불활성가스는 상부 확산부(210)를 거쳐 상기 상부 샤워헤드(200)로 공급된다.

상기 상부 샤워헤드(200)로 공급된 불활성가스는 상기 기판(W)의 상면으로 공급되어, 상기 기판(W)의 하면에 증착공정을 수행하는 경우에 공정가스 또는 부산물 등이 상기 기판(W)의 상면으로 유입되는 것을 방지하게 된다.

상기 기판(W)의 상면으로 공급된 불활성가스는 도 5에 도시된 바와 같이(점선 화살표) 상기 기판지지부(400)의 반경방향을 따라 상기 챔버(100)의 하부로 유동하여 상기 배기부(490)를 통해 상기 챔버(100)의 외부로 배기된다.

이어서, 상기 기판(W) 하면을 향해 공정가스를 공급하게 된다.

구체적으로, 상기 구동바(470)를 관통한 하부 공급로(472)를 통해 공정가스가 공급되며, 상기 하부 공급로(472)를 따라 공급된 공정가스는 하부 확산부(432)를 거쳐 상기 하부 샤워헤드(430)로 공급된다. 상기 하부 샤워헤드(430)로 공급된 공정가스는 하부관통홀(434)을 통해 상기 기판(W)의 하면을 향해 공급된다.

이때, 상기 기판(W)의 하면을 향해 공급된 공정가스 중에 반응에 참여하지 않은 잔존가스 또는 부산물 등은 도 5에 도시된 바와 같이(실선 화살표) 전술한 배기유로(422)를 통해 상기 챔버(100)의 하부로 배기된다. 또한, 상기 챔버(100)의 하부로 배기된 상기 잔존가스 또는 부산물 등은 상기 배기부(490)를 통해 상기 챔버(100)의 외부로 배기된다.

한편, 상기 기판(W) 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에 앞서서 또는 상기 기판(W) 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에서 상기 상부히터(230)를 동작시켜 상기 챔버(100) 내부의 온도, 또는 상기 기판(W)을 미리 정해진 온도로 가열할 수 있다.

이와 같이, 상기 상부히터(230)를 이용하여 상기 기판(W)을 가열하는 경우 상기 기판(W)을 공정온도로 빠르고 용이하게 가열할 수 있다. 즉, 증착공정 중에 전술한 바와 같이 상기 기판(W)의 상면과 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면 사이는 플라즈마가 발생하지 않도록 대략 0.1 mm 내지 2.0 mm의 거리만큼 이격되어 배치된다. 또한, 상기 기판(W)의 하면과 상기 하부 샤워헤드(430) 사이는 플라즈마가 발생하도록 대략 대략 5 mm 내지 15 mm 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 증착공정 중에 상기 기판(W)을 중심으로 상하부에 배치된 구성요소를 살펴볼 때, 상기 기판(W)의 상부에 배치된 구성요소가 상대적으로 상기 기판(W)에 더 가깝게 배치된다. 결국, 상기 기판(W)을 가열하는 히터를 본 실시예와 같이 상기 기판(W)의 상부에 상부히터(230)로 배치하는 경우에 상기 기판(W)의 하부에 배치하는 경우보다 더 효율적으로 가열할 수 있다.

상기 기판(W)의 하면을 향해 공정가스를 공급한 다음, 또는 상기 공정가스를 공급하는 단계와 동시에 상기 상부 샤워헤드(200)에 RF 전원을 인가하여 상기 하부 샤워헤드(430)와 상기 기판(W)의 하면 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

상기 상부 샤워헤드(200)에 RF 전원을 인가한 경우, 상기 상부 샤워헤드(200)와 상기 기판(W), 상기 기판(W)과 상기 하부 샤워헤드(430)가 용량결합(capacitive coupling)되어 상기 기판(W)의 하면과 하부 샤워헤드(430) 사이에 플라즈마가 발생하게 된다. 상기 플라즈마에 의해 상기 공정가스가 활성화되어 상기 기판(W)의 하면에 박막을 증착할 수 있게 된다.

이때, 상기 상부 샤워헤드(200)의 하면과 상기 기판(W)의 상면 사이에는 전술한 바와 같이 플라즈마가 발생하지 않게 되어 기판(W)의 상면에 불필요한 박막이 증착되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 RF 전원을 인가하기 전에 또는 상기 기판(W)을 상기 기판지지부(400)에 안착시키는 단계 전에 전술한 RF 조절부(500)를 조작하는 단계를 더 구비할 수 있다.

즉, 상기 RF 조절부(500)를 조작하여 상기 하부 샤워헤드(430)와 하부플레이트(450)의 정전용량을 조절하여, 상기 챔버(100) 벽이 아니라 상기 하부 샤워헤드(430) 쪽으로 상대적으로 더 많은 RF 전류가 유도되도록 하여 상기 하부 샤워헤드(430)와 상기 기판(W)의 하면 사이에 플라즈마를 많이 발생시킬 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100..챔버
110..수용공간
200..상부 샤워헤드
230..상부히터
400..기판지지부
410..기판홀더
420..고정부
422..배기유로
430..하부 샤워헤드
450..하부플레이트
470..구동바
490..배기부
500..RF 조절부
600..RF 전원공급부
1000..박막증착장치

Claims

기판의 상면에 증착된 박막의 압축응력 및 인장응력 중 적어도 하나에 의해 보잉(bowing)이 발생한 기판을 챔버 내부의 기판지지부에 안착시키는 단계;
상기 기판지지부를 상승시켜 상기 기판의 상면과 상부 샤워헤드의 하면 사이의 간격을 플라즈마가 발생하지 않는 미리 정해진 간격으로 맞추는 단계;
상기 기판 상면을 향해 불활성가스를 공급하는 단계;
상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계;
상기 상부 샤워헤드에 RF 전원을 인가하여 하부 샤워헤드와 상기 기판의 하면 사이에 플라즈마를 발생시키는 단계;
상기 기판 하면에 상기 기판의 상면에 가해진 응력과 동일한 응력의 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
제1항에 있어서,
상기 기판을 상기 기판지지부에 안착시키는 단계에서
상기 기판 하면의 가장자리 영역을 상기 기판지지부에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
제2항에 있어서,
상기 기판 하면의 가장자리가 상기 기판지지부와 접촉하여 상기 기판 하면의 가장자리와 상기 기판지지부의 상면 사이가 밀폐되는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
제1항에 있어서,
상기 기판지지부를 상승시키는 단계에서
상기 기판의 상면과 상부 샤워헤드의 하면 사이의 간격은 플라즈마 쉬스 이하의 거리인 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
제1항에 있어서,
상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에 앞서서 또는 상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에서
상기 챔버 내부의 상부에 구비된 상부히터를 구동시켜 상기 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
제1항에 있어서,
상기 기판지지부는 상기 기판 하면의 가장자리를 지지하는 기판홀더와, 상기 기판홀더의 내측에서 상기 기판의 하면을 향해 공정가스를 공급하는 하부 샤워헤드를 구비하고, 상기 하부 샤워헤드의 측면과 상기 기판홀더의 내면 사이에 마련되어 상기 챔버 내부와 연통되는 배기유로가 형성되고,
상기 기판 하면을 향해 공정가스를 공급하는 단계에서
상기 기판의 하면을 향해 공급된 공정가스 중에 반응에 참여하지 않은 잔존가스 또는 부산물은 상기 배기유로를 통해 상기 챔버의 하부로 배기되는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
제1항에 있어서,
상기 하부 샤워헤드의 정전용량을 조절하여, 상기 챔버 벽에 비해 상대적으로 상기 하부 샤워헤드 쪽으로 더 많은 RF 전류가 유도되도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.