KR102665777B1 - 기판처리장치 및 기판처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버에 회전가능하게 설치되고, 상면에는 기판이 탑재 지지되는 기판지지부; 상기 챔버에 설치되며, 상기 챔버의 내부 제1영역을 통하여 기판으로 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛; 및 상기 챔버에 설치되고, 소스가스의 분사 후, 상기 챔버의 내부 제2영역을 통하여 기판으로 반응가스를 순차적으로 분사하는 제1반응가스 분사유닛과 제2반응가스 분사유닛을 가지는 반응가스 분사유닛을 포함하는 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이다.

Description

기판처리장치 및 기판처리방법 {SUBSTRATE TREATMENT APPARATUS AND SUBSTRATE TREATMENT METHOD}
본 발명은 기판에 박막을 형성하는 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이다.
반도체소자, 평판표시소자 또는 태양전지 등은, 실리콘 웨이퍼 또는 글라스 등과 같은 기판에 필요한 물질을 증착하여 박막을 형성하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 증착된 박막들 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 패턴을 형성하는 식각공정 등과 같은 반도체 제조공정에 의하여 제조된다.
기판에 박막을 형성하는 박막증착공정은 기판측으로 소스가스 및 반응가스를 분사하여, 소스가스와 반응가스의 반응에 의하여 기판에 박막을 증착하기도 하며, 필요에 따라 플라즈마를 발생시키기도 한다.
박막증착공정중의 하나인 원자층증착(Atomic Layer Deposition)공정은 기판이 투입되어 처리되는 공간을 소스가스가 분사되는 영역과 반응가스가 분사되는 영역으로 구획 분할한 공간분할 플라즈마(SDP: Space Divided Plasma) 증착장치 등과 같은 기판처리장치에서 수행하기도 한다.
기판처리장치는 기판이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며 기판이 탑재 지지되는 서셉터, 상기 챔버의 상면에 설치되며 상기 챔버의 내부 제1영역으로 소스가스를 분사하는 복수의 소스가스 분사유닛 및 상기 챔버의 상면에 설치되며 상기 챔버의 내부 제2영역으로 반응가스를 분사하는 복수의 반응가스 분사유닛을 가진다.
그리하여, 상기 서셉터에 의하여 회전하는 기판측으로 소스가스를 먼저 분사한 다음, 반응가스를 분사하면서, 소스가스와 반응가스의 작용을 이용하여 기판에 박막을 증착한다.
이때, 기판에 증착된 소스가스와 반응가스가 작용하여야 원하는 특성의 박막을 형성할 수 있다. 즉, 기판에 상측에 머무르면서 기판에 증착되지 않은 소스가스와 반응가스가 작용한 다음, 기판에 소스가스가 증착되면 원하는 특성의 박막을 형성하기 어렵다.
그런데, 상기와 같은 종래의 기판처리장치는 상기 서셉터를 회전시키면서 기판에 박막을 증착하는 특성상, 원하는 특성의 박막을 형성하기 어려운 단점이 있다.
그리고, 기판에 패턴 형태로 박막을 형성할 때, 패턴의 측면 상측 부위의 폭과 측면 하측 부위의 폭이 상대적으로 불균일한 단점이 있다.
기판처리장치와 관련한 선행기술은 한국공개특허공보 제10-2013-0090287호(2013년 08월 13일) 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 원하는 특성의 박막을 형성할 수 있음과 동시에, 패턴 형태로 형성된 박막의 상측 부위의 폭과 하측 부위의 폭을 균일하게 형성할 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 실시예에 따른 기판처리장치는, 기판이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버에 회전가능하게 설치되고, 상면에는 기판이 탑재 지지되는 기판지지부; 상기 챔버에 설치되며, 상기 챔버의 내부 제1영역을 통하여 기판으로 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛; 상기 챔버에 설치되고, 소스가스의 분사 후, 상기 챔버의 내부 제2영역을 통하여 기판으로 반응가스를 순차적으로 분사하는 제1반응가스 분사유닛과 제2반응가스 분사유닛을 가지는 반응가스 분사유닛을 포함하며, 상기 제1반응가스 분사유닛의 하면과 상기 기판지지부의 상면 사이의 간격은 상기 제2반응가스 분사유닛의 하면과 상기 기판지지부의 상면 사이의 간격 보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 실시예에 따른 기판처리장치는, 기판이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버: 상기 챔버에 회전가능하게 설치되고, 상면에는 기판이 탑재 지지되는 기판지지부; 상기 챔버에 설치되며, 상기 챔버의 내부 제1영역을 통하여 기판으로 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛; 상기 챔버에 설치되고, 소스가스의 분사 후, 상기 챔버의 내부 제2영역을 통하여 기판으로 반응가스를 순차적으로 분사하는 제1반응가스 분사유닛과 제2반응가스 분사유닛을 가지는 반응가스 분사유닛을 포함하며, 상기 제1반응가스 분사유닛에서 분사되는 반응가스의 유속은 상기 제2반응가스 분사유닛에서 분사되는 반응가스의 유속 보다 빠를 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 실시예에 따른 기판처리방법은, 기판이 탑재 지지되는 기판지지부가 회전가능하게 설치된 챔버의 공간에서 소스가스와 반응가스의 반응을 이용하여 상기 기판에 박막을 증착하는 기판처리방법에 있어서, 상기 기판에 증착되는 상기 소스가스를 상기 챔버의 내부 제1영역으로 분사하는 소스가스 분사공정; 상기 소스가스와 반응하여 상기 소스가스가 상기 기판에 증착되도록 도와주는 상기 반응가스를 챔버의 제2영역으로 분사하는 제1반응가스 분사공정; 상기 소스가스와 반응하여 상기 소스가스가 상기 기판에 증착되도록 도와주는 상기 반응가스를 상기 제2분사공정에서 분사되는 반응가스의 유속 보다 느리게 상기 제2영역으로 분사하는 제2반응가스 분사공정을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리방법은 기판이 탑재 지지되는 기판지지부가 회전가능하게 설치된 챔버의 공간에서 소스가스와 반응가스의 반응을 이용하여 상기 기판에 박막을 증착하는 것으로, 상기 기판에 상기 소스가스를 상기 챔버의 내부 제1영역으로 분사하는 소스가스 분사공정; 상기 반응가스를 상기 챔버의 제2영역으로 분사하는 제1반응가스 분사공정; 및 상기 반응가스를 상기 제1반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스의 유속 보다 느리게 상기 제2영역으로 분사하는 제2반응가스 분사공정을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 기판으로 소스가스를 분사한 다음, 기판과 상대적으로 멀리 위치된 제1반응가스 분사유닛에서 고속으로 반응가스를 분사하므로, 기판에 증착되지 않은 소스가스와 반응하는 반응가스의 양이 상대적으로 적고, 기판에 증착된 소스가스와 반응하는 반응가스의 양이 상대적으로 많다. 그러므로, 기판에 원하는 특성을 가진 박막을 형성할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 제1반응가스 분사유닛에서 고속으로 반응가스를 분사하므로, 기판에 형성하고자 하는 패턴의 폭이 미세하여도 정밀하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 패턴의 측면 상측 부위의 폭과 측면 하측 부위의 폭을 상대적으로 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 상대적으로 기판과 가까이 위치된 제2반응가스 분사유닛에서 상대적으로 저속으로 반응가스를 분사하므로, 기판 상에서 소스가스와 반응가스가 작용할 수 있는 시간이 충분하다. 그러므로, 박막의 비저항이 저하되는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 반응가스의 유속을 고속 및 저속으로 조절하여 기판에 박막을 형성할 경우, 상대적으로 적은 양의 반응가스를 이용하여 기판에 원하는 박막을 형성할 수 있다. 따라서, 생산성이 향상되는 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 일부 분해 사시도.
도 2는 도 1의 "A-A"선 결합 단면도.
도 3은 도 1의 개략 평면도.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 제1반응가스 분사유닛 및 제2반응가스 분사유닛의 저면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법을 이용하여 기판에 패턴 형태의 박막을 형성하였을 때, 패턴의 측면 상측 부위의 폭에 대한 측면 하측 부위의 폭의 비 및 패턴의 비저항을 보인 도.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, S100, S110, S120 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 결정하여 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고, 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며, 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 일부 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A-A"선 결합 단면도이며, 도 3은 도 1의 개략 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는 챔버(110)를 포함할 수 있으며, 챔버(110)의 내부에는 실리콘 웨이퍼 또는 글라스 등과 같은 기판(S)이 투입되어 처리되는 공간이 형성될 수 있다.
기판(S)의 처리란, 기판(S)에 전체 면에 박막을 형성하거나, 기판(S)에 전극 등과 같은 패턴 형태의 박막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
챔버(110)는 상면이 개방된 본체(111)와 본체(111)의 개방된 상단면(上端面)에 결합된 리드(115)를 포함할 수 있다. 본체(111)와 리드(115)가 상호 결합되어 상대적으로 하측과 상측에 각각 위치되므로, 챔버(110)의 하면은 본체(111)의 하면에 해당하고, 챔버(110)의 상면은 리드(115)에 해당함은 당연하다.
챔버(110)의 측면에는 기판(S)을 챔버(110)로 반입하거나, 챔버(110)의 기판(S)을 외부로 반출하기 위한 기판출입구(111a)가 형성될 수 있고, 기판출입구(111a)는 개폐유닛(미도시)에 의하여 개폐될 수 있다. 그리고, 챔버(110)의 하면에는, 기판(S)의 처리 후, 챔버(110)의 공간에 잔존하는 이물질을 포함한 가스를 외부로 배출하기 위한 배출구(111b)가 형성될 수 있다.
챔버(110)의 내부 하면측에는 기판(S)이 탑재 지지되는 기판지지부(120)가 설치될 수 있다. 기판지지부(120)의 하면 중심부에는 구동축(130)의 상단부가 연결될 수 있고, 구동축(130)의 하단부는 챔버(110)의 하면 외측으로 돌출될 수 있다. 챔버(110)의 하면 외측에 위치된 구동축(130)의 부위에는 구동축(130)을 회전 및 승강시키기 위한 구동부(미도시)가 연결될 수 있다. 그러므로, 기판지지부(120)는 구동축(130)에 의하여 회전 및 승강될 수 있다.
챔버(110) 외측의 구동축(130)의 부위에는 챔버(110)와 구동축(130) 사이를 실링하는 벨로즈 등과 같은 실링모듈이 설치될 수 있다. 기판지지부(120)는 서셉터(Susceptor) 등으로 마련될 수 있으며, 구동축(130)을 기준으로 자전하는 형태로 회전하는 것이 바람직하다. 그리고, 기판(S)은 기판지지부(120)를 중심으로 방사상으로 복수개가 기판지지부(120)의 상면에 탑재 지지될 수 있다. 따라서, 기판지지부(120)가 회전하면, 기판(S)은 기판지지부(120)의 중심을 기준으로 공전한다.
기판지지부(120)에는, 기판지지부(120)의 중심을 기준으로, 복수의 기판(S)이 방사상으로 탑재 지지될 수 있고, 기판지지부(120)에는 기판(S)을 가열하기 위한 히터 등과 같은 가열수단(미도시)이 설치될 수 있다.
기판(S)에 박막을 증착하기 위해서는, 공정가스가 챔버(110)로 공급되어야 한다. 공정가스는 소스가스와 반응가스를 포함할 수 있으며, 소스가스는 기판(S)에 증착되는 물질이고, 반응가스는 소스가스가 기판(S)에 안정되게 증착되도록 도와주는 물질일 수 있다.
기판지지부(120)에 탑재 지지되어 기판지지부(120)와 함께 회전하는 기판(S)측으로 소스가스 및 반응가스를 분사하기 위하여, 챔버(110)의 상면에는 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛(140) 및 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛(150)이 각각 설치될 수 있다. 이때, 소스가스는 사염화티타늄(TiCl4)일 수 있고, 반응가스는 암모니아(NH3)일 수 있다.
기판(S)은 기판지지부(120)의 중심을 기준으로 공전하는 형태로 회전하므로, 기판(S)이 회전하여 소스가스 분사유닛(140) 및 반응가스 분사유닛(150)의 하측에 위치되면, 기판(S)과 소스가스 분사유닛(140)은 대향하는 것이 바람직하고, 기판(S)과 반응가스 분사유닛(150)은 대향하는 것이 바람직하다.
소스가스 분사유닛(140)은 챔버(110)의 공간 제1영역(110a)을 통하여 소스가스를 기판(S)으로 분사할 수 있고, 반응가스 분사유닛(150)은 챔버(110)의 공간 제2영역을 통하여 반응가스를 기판(S)으로 분사할 수 있다. 이때, 제1영역(110a)과 제2영역(110b)은 공간적으로 구획되어 분리될 수 있다.
소스가스 분사유닛(140)과 반응가스 분사유닛(150) 사이의 챔버(110)의 상면 부위에는 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성가스인 퍼지가스를 기판(S)으로 분사하는 퍼지가스 분사유닛(160)이 설치될 수 있다.
퍼지가스 분사유닛(160)은 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 사이로 퍼지가스를 분사하여, 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 사이를 공간적으로 분리할 수 있다. 그러면, 제1영역(110a)의 소스가스와 제2영역(110b)의 반응가스가 상호 혼합되는 것이 방지된다. 즉, 퍼지가스는 에어 커튼의 기능을 한다.
소스가스 분사유닛(140)은 복수개가 상호 간격을 가지면서 설치될 수 있다. 소스가스 분사유닛(140)이 복수개 설치되므로, 복수개의 소스가스 분사유닛(140) 중, 소스가스가 분사되는 소스가스 분사유닛(140)의 수를 적절하게 조절하면 형성하고자 하는 박막의 두께 등을 조절할 수 있다.
반응가스 분사유닛(150)은 상호 간격을 가지면서 배치된 제1반응가스 분사유닛(151)과 제2반응가스 분사유닛(155)을 포함할 수 있다. 이때, 제1반응가스 분사유닛(151)과 제2반응가스 분사유닛(155)은 동일하게 형성될 수 있으며, 제1반응가스 분사유닛(151)에서 분사되는 단위 시간당 반응가스의 양과 제2반응가스 분사유닛(155)에서 분사되는 단위 시간당 반응가스의 양은 동일할 수 있다.
복수의 소스가스 분사유닛(140)과 제1반응가스 분사유닛(151) 및 제2반응가스 분사유닛(155)은 기판지지부(120)의 중심을 기준으로 대략 방사상으로 배치될 수 있다. 그리고, 기판지지부(120)의 회전방향을 따라 소스가스 분사유닛(140) → 제1반응가스 분사유닛(151) → 제2반응가스 분사유닛(155) → 소스가스 분사유닛(140)의 순으로 순환하는 형태로 배치될 수 있다.
그리하여, 기판지지부(120)가 회전함에 따라, 기판(S)이 소스가스 분사유닛(140)의 하측, 제1반응가스 분사유닛(151)의 하측 및 제2반응가스 분사유닛(155)의 하측에 위치되면, 기판(S)에 소스가스와 반응가스가 순차적으로 분사되며, 소스가스와 반응가스의 작용에 의하여 기판(S)에 박막이 증착된다.
소스가스 분사유닛(140) 및 반응가스 분사유닛(150)은 각각 샤워헤드 등으로 마련될 수 있다. 기판(S)으로 소스가스 및 반응가스를 균일하게 분사하기 위하여, 소스가스 분사유닛(140)의 하면 및 반응가스 분사유닛(150)의 하면에는 복수의 분사공(141)(151a, 155a)이 각각 형성될 수 있다. 그리고, 기판(S)의 전체 면으로 소스가스 및 반응가스가 분사될 수 있도록, 기판지지부(120)의 중심을 기준으로, 소스가스 분사유닛(140) 및 반응가스 분사유닛(150)의 반경 방향 길이는 기판(S)의 직경 보다 긴 것이 바람직하다.
반응가스 분사유닛(150)의 제2반응가스 분사유닛(155)과 소스가스 분사유닛(140) 사이의 챔버(110)의 상면 부위에는 H2를 플라즈마 상태로 생성하는 플라즈마발생유닛(170)이 설치될 수 있다. H2 플라즈마는 소스가스와 반응가스의 작용에 의하여 기판(S)에 박막이 안정되게 증착되는 것을 도와줄 수 있다.
그리고, 챔버(110)의 외측에는 플라즈마발생유닛(170)으로 RF(Radio Frequency) 전원 등을 인가하기 위한 전원장치(181) 및 임피던스를 정합하기 위한 매처(185)가 설치될 수 있다. 전원장치(181)는 접지될 수 있으며, 플라즈마발생유닛(170)은 전원장치(181)를 매개로 접지될 수 있다.
기판(S)에 형성하고자 하는 박막의 특성이 결정되면, 단위 시간당 일정량의 소스가스 및 일정량의 반응가스를 기판(S)측으로 분사한다. 이때, 소스가스가 먼저 기판(S)으로 분사된 후, 반응가스가 나중에 기판(S)으로 분사되므로, 기판(S)의 상측에 머무르면서 아직 기판(S)에 증착되지 않은 소스가스가 반응가스와 작용한 다음, 기판(S)에 증착될 수 있다. 그러면, 원하는 특성의 박막을 형성하기 어렵다. 그러므로, 원하는 특성의 박막을 형성하기 위해서는, 기판(S)에 소스가스가 증착된 다음, 기판(S)에 증착된 소스가스와 반응가스가 작용하여야 한다.
본 실시예에 따른 기판처리장치는 제1반응가스 분사유닛(151)과 제2반응가스 분사유닛(155)을 개선하여 원하는 특성의 박막을 형성할 수 있다.
제1반응가스 분사유닛(151) 및 제2반응가스 분사유닛(155)에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 도 1에 도시된 반응가스 분사유닛의 저면도이다.
도시된 바와 같이, 제1반응가스 분사유닛(151)은, 기판지지부(120)의 상면을 기준으로, 제2반응가스 분사유닛(155) 보다 높게 위치될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 제1반응가스 분사유닛(151)의 하면은 챔버(110)의 상면 내부에 위치될 수 있고, 제2반응가스 분사유닛(155)의 하면은 하측으로 돌출되어 챔버(110)의 내부에 위치될 수 있다. 그러면, 제1반응가스 분사유닛(151)의 하면과 기판지지부(120)의 상면 사이의 간격은 제2반응가스 분사유닛(155)의 상면과 기판지지부(120)의 상면 사이의 간격 보다 넓다.
제1반응가스 분사유닛(151)과 기판(S) 사이의 간격이 넓으면, 제1반응가스 분사유닛(151)에서 반응가스가 분사되었을 때, 제1반응가스 분사유닛(151)과 기판(S) 사이의 공간에 머무르는 반응가스의 양이 상대적으로 많다. 그러면, 기판(S)에 증착되지 않고 기판(S)의 상측에 머무르는 소스가스와 작용하는 반응가스의 양이 상대적으로 많으므로, 원하는 특성의 박막을 형성하기 어려울 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 본 실시예에 따른 기판처리장치는, 제1반응가스 분사유닛(151)의 분사공(151a)의 직경과 제2반응가스 분사유닛(155)의 분사공(155a)의 직경을 동일하게 형성하고, 제1반응가스 분사유닛(151)의 분사공(151a)의 수를 제2반응가스 분사유닛(155)의 분사공(155a)의 수 보다 적게 형성할 수 있다. 이때, 제1반응가스 분사유닛(151)에서 분사되는 단위 시간당 반응가스의 양과 제2반응가스 분사유닛(155)에서 분사되는 단위 시간당 반응가스의 양은 동일하므로, 제1반응가스 분사유닛(151)에서 분사되는 반응가스의 유속은 상대적으로 빠르다.
그러면, 제1반응가스 분사유닛(151)에서 분사되는 반응가스는 제1반응가스 분사유닛(151)과 기판(S) 사이의 공간을 신속하게 통과하므로, 기판(S)에 증착되지 않고 기판(S)의 상측에 머무르는 소스가스와 작용하는 반응가스의 양이 상대적으로 적다. 반대로, 기판(S)에 증착된 소스가스와 작용하는 반응가스의 양이 상대적으로 많다. 이로 인해, 원하는 특성의 박막을 형성할 수 있다.
또한, 제1반응가스 분사유닛(151)에서 분사되는 반응가스의 유속이 빠르므로, 기판(S)의 상면에서 반응가스가 머무르는 시간이 상대적으로 짧다. 즉, 기판(S)의 상면에서 반응가스가 머무르지 않고, 신속하게 외측으로 퍼지므로, 상기 패턴의 폭이 미세하여도 상대적으로 정밀하게 형성할 수 있다. 그리고, 상기 패턴의 측면 상측 부위의 폭과 측면 하측 부위의 폭을 상대적으로 균일하게 형성할 수 있다.
제1반응가스 분사유닛(151)의 분사공(151a) 및 제2반응가스 분사유닛(155)의 분사공(155a)은 기판지지부(120)의 중심에서 외측을 향하는 방향으로, 각각 열(列)을 이룰 수 있다. 이때, 제1반응가스 분사유닛(151)의 분사공(151a)은 2열을 이루는 것이 바람직하고, 제2반응가스 분사유닛(155)의 분사공(155a)은 4열을 이루는 것이 바람직하다.
제2반응가스 분사유닛(155)의 분사공(155a)의 수가 제1반응가스 분사유닛(151)의 분사공(151a)의 수 보다 적으므로, 제2반응가스 분사유닛(155)에서 분사되는 반응가스의 유속은 상대적으로 느리다. 그러면, 제2반응가스 분사유닛(155)에서 분사되는 반응가스는 기판(S)에 증착된 소스가스와 상대적으로 오랜 시간동안 작용할 수 있다. 그러면, 소스가스인 TiCl4와 반응가스인 NH3가 작용하여, 기판(S)에 TiN이 증착되면서 HCl이 생성될 때, 기판(S)에 머무르는 Cl2가 충분한 시간 동안 날아가서 제거되므로, 박막의 비저항이 저하될 수 있다.
다음에는, 본 발명의 실시예에 따른 기판처리방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판(S)을 기판지지부(120)에 로딩한 다음, 기판지지부(120)를 회전시킬 수 있다. 그리고, 퍼지가스 분사유닛(160)에서 퍼지가스를 분사하여 챔버(110)의 내부를 제1영역(110a)과 제2영역(110b)으로 공간적으로 구획할 수 있다. 이때, 퍼지가스를 분사한 다음, 기판지지부(120)를 회전시킬 수도 있다.
그 후, 기판(S)에 증착되는 소스가스를 제1영역(110a)으로 분사하는 소스가스 분사공정을 수행한 다음, 소스가스와 반응하여 소스가스가 기판(S)에 증착되도록 도와주는 반응가스를 제2영역(110b)으로 분사하는 반응가스 분사공정을 수행할 수 있다.
상기 반응가스 분사공정은 먼저 반응가스를 분사하는 제1반응가스 분사공정과 나중에 반응가스를 분사하는 제2반응가스 분사공정을 포함할 수 있다.
상기 제1반응가스 분사공정은 상대적으로 빠른 유속으로 반응가스를 분사할 수 있고, 상기 제2반응가스 분사공정은 상대적으로 느린 유속으로 반응가스를 분사할 수 있다. 즉, 상기 제1반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스의 유속이 상기 제2반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스의 유속 보다 빠를 수 있다.
그러면, 상기 제1반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스는 빠르게 기판(S)으로 분사되므로, 기판(S)의 상측에 머무르는 반응가스의 양은 상대적으로 적다. 이로 인해, 증착되지 않고 기판(S)의 상측에 머무르는 소스가스와 작용하는 반응가스의 양이 상대적으로 적다. 반대로, 기판(S)에 증착된 소스가스와 작용하는 반응가스의 양이 상대적으로 많다. 이로 인해, 원하는 특성의 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스의 유속이 빠르므로, 기판(S)의 상면에서 반응가스가 머무르는 시간이 상대적으로 짧다. 즉, 기판(S)의 상면에서 반응가스가 머무르지 않고, 신속하게 외측으로 퍼지므로, 상기 패턴의 폭이 미세하여도 상대적으로 정밀하게 형성할 수 있다. 그리고, 상기 패턴의 측면 상측 부위의 폭과 측면 하측 부위의 폭을 상대적으로 균일하게 형성할 수 있다.
상기 제1반응가스 분사공정과 상기 제2반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스의 양은 단위 시간당 동일할 수 있다. 이때, 상기 제1반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스를 상기 제2반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스 보다 빠르게 분사하기 위하여, 상기 제1반응가스 분사공정에서 기판(S)으로 분사되는 반응가스의 분사 부위는 상기 제2반응가스 분사공정에서 기판(S)으로 분사되는 반응가스의 분사 부위 보다 적을 수 있다.
즉, 상기 제1반응가스 분사공정은 제1반응가스 분사유닛(151)에서 수행하고, 상기 제2반응가스 분사공정은 제2반응가스 분사유닛(155)에서 수행한다. 그런데, 제1반응가스 분사유닛(151)의 분사공(151a)의 수가 제2반응가스 분사유닛(155)의 분사공(155a)의 수 보다 적으므로, 상기 제1반응가스 분사공정에서 기판(S)으로 분사되는 반응가스의 분사 부위가 상기 제2반응가스 분사공정에서 기판(S)으로 분사되는 반응가스의 분사 부위 보다 적은 것이다.
상기 제1반응가스 분사공정에서는 분사되는 반응가스는 챔버(110)의 리드(115)의 내부에서 분사될 수 있고, 상기 제2반응가스 분사공정에서는 분사되는 상기 반응가스는 리드(115)의 하측에서 분사될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법을 이용하여 기판에 패턴 형태의 박막을 형성하였을 때, 패턴의 측면 상측 부위의 폭에 대한 측면 하측 부위의 폭의 비 및 패턴의 비저항을 보인 도로서, 이를 설명한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 기판지지부(120)를 50rpm 및 100rpm의 회전속도로 각각 회전시키면서, 본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법으로 기판을 처리하였고, 종래의 기판처리장치로 기판을 처리하였다. 이때, 본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법에 의하여 처리된 기판(S)의 경우, 패턴의 측면 상측 부위의 폭에 대한 측면 하측 부위의 폭의 비가 101％ 및 90％인 반면, 종래의 기판처리장치에 의하여 처리된 기판의 경우 그 비가 각각 88％ 및 80％였다.
그러므로, 본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법으로 기판(S)에 상기 패턴을 형성하였을 때, 상기 패턴의 측면 상측 부위의 폭과 측면 하측 부위의 폭이 상대적으로 균일함을 알 수 있다.
그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법으로 기판을 처리하였을 때, 반응가스를 15,000sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute) 분사하였을 때, 원하는 상기 패턴이 형성되었고, 상기 패턴의 비저항은 140Ωm 였다. 반면, 종래의 기판처리장치의 경우 반응가스를 17,000sccm 분사하였을 때, 원하는 상기 패턴이 형성되었고, 상기 패턴의 비저항은 150Ωm 였다.
그러므로, 본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법으로 기판(S)을 처리하였을 때, 상기 패턴의 비저항 값이 상대적으로 작을 뿐만 아니라, 적은 양의 반응가스로 상기 패턴을 형성할 수 있으므로, 생산성이 향상된다.
본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 기판(S)으로 소스가스를 분사한 다음, 기판(S)과 상대적으로 멀리 위치된 제1반응가스 분사유닛(151)에서 고속으로 반응가스를 분사하므로, 기판(S)에 증착되지 않은 소스가스와 반응하는 반응가스의 양이 상대적으로 적고, 기판(S)에 증착된 소스가스와 반응하는 반응가스의 양이 상대적으로 많다. 그러므로, 기판(S)에 원하는 특성을 가진 박막을 형성할 수 있다.
그리고, 제1반응가스 분사유닛(151)에서 고속으로 반응가스를 분사하므로, 상기 패턴의 폭이 미세하여도 정밀하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 패턴의 측면 상측 부위의 폭과 측면 하측 부위의 폭을 상대적으로 균일하게 형성할 수 있다.
그리고, 기판(S)과 상대적으로 가까이 위치된 제1반응가스 분사유닛(155)에서 상대적으로 저속으로 반응가스가 분사되므로, 기판(S) 상에서 소스가스와 반응가스가 작용할 수 있는 시간이 충분하다. 그러므로, 박막의 비저항이 저하될 수 있다.
그리고, 기판(S)으로 소스가스를 분사한 다음, 반응가스의 유속을 순차적으로 고속 및 저속으로 조절하여 분사하므로, 상대적으로 적은 양의 반응가스를 이용하여 기판(S)에 원하는 박막을 형성할 수 있다. 따라서, 생산성이 향상된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 챔버
120: 기판지지부
140: 소스가스 분사유닛
151: 제1반응가스 분사유닛
155: 제2반응가스 분사유닛
160: 퍼지가스 분사유닛

Claims (12)

  1. 기판이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버에 회전가능하게 설치되고, 상면에는 기판이 탑재 지지되는 기판지지부;
    상기 챔버에 설치되며, 상기 챔버의 내부 제1영역을 통하여 기판으로 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛; 및
    상기 챔버에 설치되고, 소스가스의 분사 후, 상기 챔버의 내부 제2영역을 통하여 기판으로 반응가스를 순차적으로 분사하는 제1반응가스 분사유닛과 제2반응가스 분사유닛을 가지는 반응가스 분사유닛을 포함하며,
    상기 제1반응가스 분사유닛에서 분사되는 반응가스의 유속은 상기 제2반응가스 분사유닛에서 분사되는 반응가스의 유속 보다 빠른 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1반응가스 분사유닛의 하면은 상기 챔버의 상면 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2반응가스 분사유닛의 하면은 상기 챔버의 상면 하측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1반응가스 분사유닛의 하면 및 상기 제2반응가스 분사유닛의 하면에는 반응가스가 분사되는 분사공이 각각 복수개 형성되고,
    상기 제1반응가스 분사유닛의 상기 분사공의 수는 상기 제2반응가스 분사유닛의 상기 분사공의 수 보다 적은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1반응가스 분사유닛의 상기 분사공 및 상기 제2반응가스 분사유닛의 상기 분사공은, 상기 기판지지부의 중심에서 외측을 향하는 방향으로, 각각 열(列)을 이루고,
    상기 제1반응가스 분사유닛의 상기 분사공은 2열로 형성되며,
    상기 제2반응가스 분사유닛의 상기 분사공은 4열로 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1반응가스 분사유닛의 하면과 상기 기판지지부의 상면 사이의 간격은 상기 제2반응가스 분사유닛의 하면과 상기 기판지지부의 상면 사이의 간격 보다 넓은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 기판이 탑재 지지되는 기판지지부가 회전가능하게 설치된 챔버의 공간에서 소스가스와 반응가스의 반응을 이용하여 상기 기판에 박막을 증착하는 기판처리방법으로,
    상기 기판에 상기 소스가스를 상기 챔버의 내부 제1영역으로 분사하는 소스가스 분사공정;
    상기 반응가스를 상기 챔버의 제2영역으로 분사하는 제1반응가스 분사공정; 및
    상기 반응가스를 상기 제1반응가스 분사공정에서 분사되는 반응가스의 유속 보다 느리게 상기 제2영역으로 분사하는 제2반응가스 분사공정을 포함하는 기판처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1반응가스 분사공정에서 상기 기판으로 분사되는 반응가스의 분사 부위는 상기 제2반응가스 분사공정에서 상기 기판으로 분사되는 반응가스의 분사 부위 보다 적은 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1반응가스 분사공정에서는 상기 반응가스가 상기 챔버의 상면 내부에서 분사되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2반응가스 분사공정에서는 상기 반응가스가 상기 챔버의 상면 하측에서 분사되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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