KR20110138820A - 박막증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막증착방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박막증착방법은 기판에 대한 공정을 수행하도록 반응공간을 제공하는 챔버와, 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되는 기판지지대와, 방사형으로 배치되어 각각 공정가스 또는 퍼지가스를 기판을 향해 분사하는 복수의 가스분사유닛을 구비하여 기판지지대 상방에 설치되는 가스분사체를 포함하여 이루어진 기판처리장치를 이용하여 기판에 박막을 증착하는 방법으로서, 기판지지대를 회전시키면서 가스분사체의 각 가스분사유닛에서 공정가스 또는 퍼지가스를 분사하여, 각 가스분사유닛으로부터 분사되는 가스를 각 기판이 순차적으로 공급받게 함으로써 박막을 형성하되, 기판지지대의 중심쪽에 비하여 외곽쪽에 많은 양의 공정가스를 공급하는 것에 특징이 있다.

Description

박막증착방법{Method for depositing thin film on wafer}

본 발명은 반도체 웨이퍼에 박막을 증착하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층 증착 방법(Atomic Layer Deposition : ALD)과 같이 소스가스, 퍼지가스 및 반응가스들이 교번적으로 기판에 공급되면서 박막이 증착되는 원리를 이용한 박막 증착 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있으며, 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(step coverage)에 대한 문제도 점점 더 심각해지고 있는 바, 이에 따른 여러 가지 문제들을 극복할 수 있는 증착방법으로서 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 사용되고 있다. 일반적으로 원자층증착방법은 기판에 각각의 공정가스들을 분리 공급하여 공정가스들의 표면 포화에 의해 박막이 형성되도록 하는 방법이다.

원자층 박막증착방법의 원리를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 제1공정가스가 챔버 내로 공급되면 기판 표면과의 반응을 통해 단원자층이 기판 표면에 화학 흡착된다. 그러나 기판 표면이 제1공정가스로 포화되면 단원자층 이상의 제1공정가스들은 동일한 리간드간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태에 있게 된다. 퍼지가스가 공급되면 이 물리 흡착 상태의 제1공정가스들은 퍼지가스에 의해서 제거된다. 첫 번째 단원자층 위에 제2공정가스가 공급되면 제1공정가스와 제2공정가스의 리간드 상호간 치환반응을 통해 두 번째 층이 성장하고, 첫 번째 층과 반응하지 못한 제2공정가스들은 물리 흡착 상태에 있게 되어 퍼지가스에 의해 제거된다. 그리고 이 두 번째 층의 표면은 제1공정가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다. 상기한 과정이 하나의 사이클을 이루고 여러 사이클의 반복에 의해 박막이 증착되는 것이다.

상기한 원자층 증착방법을 수행하기 위한 종래의 기판처리장치가 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래의 원자층 증착을 위한 기판처리장치의 개략적 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 기판처리장치(9)는 내부에 공간부가 형성되어 있는 챔버(1)와, 챔버(1) 내부에 회전가능하게 설치되며 복수의 기판(s)이 안착되는 기판지지부(2)를 구비한다. 챔버(1)의 상부에는 기판(s)을 향해 가스를 공급하는 가스분사장치(3)가 설치된다.

가스분사장치(3)는 복수의 가스분사유닛(4)으로 이루어지는데, 가스분사유닛(4)은 원주방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치된다. 보다 구체적으로 가스분사장치(3)의 구성을 설명하면, 원판 형상의 리드플레이트(5)가 상부에 배치되고, 복수의 분사플레이트(6)가 리드플레이트(5)의 하부에 결합된다. 리드플레이트(5)에는 중심점을 기준으로 복수의 가스주입공(7)이 형성되어 있어, 각 가스주입공(7)을 통해 각 가스분사유닛(4)에 가스를 공급한다. 가스주입공(7)을 통해 주입된 가스는 분사플레이트(6)와 리드플레이트(5) 사이에서 확산되어, 분사플레이트(6)에 일렬로 배치된 가스분사공(8)을 통해 기판(s)으로 공급된다.

기판지지부(2)는 챔버(1) 내에서 회전하면서, 각 가스분사유닛(4)으로부터 공급되는 가스를 순차적으로 공급받아 박막증착이 이루어진다. 예컨대, 공정이 시작되는 시점에 제1공정가스를 공급받고, 순차적으로 퍼지가스, 제2공정가스, 퍼지가스를 공급받음으로써 박막증착이 이루어진다.

그러나 상기한 구성의 가스공급장치(3)가 채용된 기판처리장치(9)에서는 박막의 증착 균일도가 일정하게 보장되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 기판(s)의 전 영역에 걸쳐 박막이 고르게 증착되기 위해서는 기판(s)의 전 영역에 가스가 균등하게 공급되어야 하는데, 상기한 구성의 가스공급장치(3)를 사용하게 되면 기판(s)의 전체 영역에서 기판지지부(2)의 중심쪽에 놓여진 부분에는 가스가 많이 공급되고 기판지지부(2)의 외곽쪽에 놓여진 부분에는 가스가 상대적으로 덜 공급되는 문제점이 있다.

가스가 기판(s)의 전체 영역에 고르게 공급되기 위해서는 가스주입공(7)을 통해 유입된 가스가 가스분사플레이트(6)와 리드프레이트(5) 사이의 공간(c)에서 고르게 확산된 후 가스분사공(8)을 통해 배출되어야 하는데, 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이, 가스주입공(7)을 통해 주입된 가스는 공간(c)의 전체로 퍼지지 못하고 기판지지부(2)의 중심쪽에 배치된 가스분사공(8)을 통해 편중되서 배출된다.

도 1에 도시된 기판처리장치(9)는 펌핑 유로가 외곽부에 배치되는 이른바 사이드 펌핑 방식을 채용하고 있으므로, 가스주입공(7)의 위치는 가스분사장치(3)의 중앙쪽에 배치될 수 밖에 없는 상황에서, 챔버(1)의 내부와 가스분사장치(3) 내측의 압력차로 인하여 가스가 가스분사장치(3) 내부에서 충분히 확산되지 못하는 것이다.

더욱이, 기판지지부(2)가 회전하면서 공정이 진행되므로 기판지지부(2)의 외측 부분은 중심쪽 부분에 비하여 동일한 시간 내에 많은 거리를 회전하는 바, 가스가 전체 영역에서 고르게 공급된다고 하여도 동일한 시간 내에 가스에 노출되는 양이 적을 수 밖에 없다.

이에 하나의 기판(s) 내에서 전체 기판지지부(2)의 외곽쪽에 배치된 부분과 중심쪽에 배치된 부분이 서로 다른 두께로 증착되는 문제점을 피할 수 없게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 각 영역에 공급되는 가스의 양을 조절함으로써 기판 전체 영역에서 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있도록 하는 박막증착방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막증착방법은 기판에 대한 고정을 수행하도록 반응공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되는 기판지지대와, 방사형으로 배치되어 각각 공정가스 또는 퍼지가스를 상기 기판을 향해 분사하는 복수의 가스분사유닛을 구비하여 상기 기판지지대 상방에 설치되는 가스분사체를 포함하여 이루어진 기판처리장치를 이용하여 상기 기판에 박막을 증착하는 방법으로서, 상기 기판지지대를 회전시키면서 상기 가스분사체의 각 가스분사유닛에서 공정가스 또는 퍼지가스를 분사하여, 상기 각 가스분사유닛으로부터 분사되는 가스를 상기 각 기판이 순차적으로 공급받게 함으로써 박막을 형성하되, 상기 기판지지대의 중심쪽에 비하여 외곽쪽에 많은 양의 공정가스를 공급하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 공정가스를 분사하는 가스분사유닛에서 상기 기판지지대의 중앙쪽에 공정가스를 공급하는 시간보다 상기 기판지지대의 외곽쪽에 공정가스를 공급하는 시간을 길게 유지하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가스분사유닛들 중 공정가스를 분사하는 공정가스분사유닛에는 상기 기판지지대의 반경방향을 따라 공정가스가 도입되는 복수의 도입구가 형성되어 상기 공정가스를 공급하며, 상기 각 공정가스분사유닛의 각 도입구에서 일정 시간 동안 공정가스를 공급한 후, 상기 공정가스분사유닛의 각 도입구들 중 상기 기판지지대의 중앙쪽 상방에 배치된 도입구에서는 상기 공정가스의 공급을 중단시킨 상태에서 상기 기판지지대의 외곽쪽 상방에 배치된 도입구에서만 공정가스를 공급하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 기판에 대한 공정을 시간에 따라 복수의 시기로 분할한 후, 상기 각 시기별로 상기 기판지지대의 중앙쪽에 공정가스를 공급하는 시간보다 외곽쪽에 공정가스를 공급하는 시간을 길게 유지하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가스분사유닛들 중 공정가스를 분사하는 공정가스분사유닛에는 상기 기판지지대의 반경방향을 따라 공정가스가 도입되는 복수의 도입구가 형성되어 상기 공정가스를 공급하며, 상기 각 공정가스분사유닛의 각 도입구에서 공정가스를 공급하되, 상기 가스분사유닛의 각 도입구들 중 상기 기판지지대의 중앙쪽 상방에 배치된 도입구에 비하여 상기 기판지지대의 외곽쪽 상방에 배치된 도입구에서 상대적으로 많은 양의 공정가스를 공급하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가스분사유닛들 중 공정가스를 분사하는 공정가스분사유닛의 내부는 상기 기판지지대의 반경방향을 따라 복수의 영역으로 분할되며, 상기 복수의 도입구는 상기 분할된 영역별로 각각 연결되어 상기 분할된 영역별로 공정가스를 각각 상기 기판을 향해 분사가능한 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 박막증착방법에서는 기판지지대의 영역별로 공정가스의 공급량을 변경함으로써 다양한 공정조건을 형성할 수 있다는 장점이 있으며, 특히 기판지지대의 중앙부에 비하여 외곽부에 상대적으로 많은 양의 공정가스를 공급함으로써 기판에 증착되는 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래의 기판처리장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막증착방법에서 사용되는 기판처리장치의 개략적 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 기판처리장치에 채용된 가스분사체의 개략적 저면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 가스분사체의 개략적 분리사시도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 박막증착방법에 의한 가스공급 운용예를 보여주는 표이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 사용되는 기판처리장치의 구성에 대하여 도면을 참조하여 설명한 후, 이 기판처리장치를 이용한 본 발명에 따른 박막증착방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 박막증착방법에서 사용되는 기판처리장치의 개략적 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 기판처리장치에 채용된 가스분사체의 개략적 저면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 가스분사체의 개략적 분리사시도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 기판처리장치(100)는 챔버(10), 기판지지대(20) 및 가스분사체(90)를 구비한다.

챔버(10)는 증착공정 등 기판에 대한 일정한 처리가 행해지는 공간을 제공하는 것으로서, 후술할 가스분사체(90)가 챔버(10)의 상부에 결합되면 챔버(10)의 내측에는 공간부(11)가 형성된다. 챔버(10) 내측의 공간부(11)는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로 가스의 배기를 위한 배기시스템이 마련된다. 즉, 챔버(10)의 하부에는 고리형의 홈부(14)가 형성되며 홈부(14)의 상부에는 베플(12)이 씌워짐으로써, 홈부(14)와 베플(12)에 의하여 둘러 싸인 배기유로가 형성된다. 이 배기유로의 양측에는 각각 외부의 펌프(미도시)와 연결되는 펌핑유로(p)가 마련된다. 베플(12)에는 흡입구(13)가 형성되어 있어 공간부(11)의 가스들은 흡입구(13)를 통해 배기유로로 유입된 후, 펌핑유로(p)를 통해 배기된다.

또한, 챔버(10)의 바닥면에는 후술할 기판지지대(20)의 회전축(22)이 삽입되는 관통공(15)이 형성되어 있다. 기판(s)은 챔버(10)의 측벽에 마련된 게이트밸브(미도시)를 통해 챔버(10)의 내외부로 유입 및 유출된다.

기판지지대(20)는 기판(s)을 지지하기 위한 것으로서, 지지플레이트(21)와 회전축(22)을 구비한다. 지지플레이트(21)는 원판 형상으로 평평하게 형성되어 챔버(10) 내에 평행하게 배치되며, 회전축(22)은 수직하게 배치되어 지지플레이트(21)의 하부에 마련된다. 회전축(22)은 챔버(10)의 관통공(15)을 통해 외부로 연장되어 모터(미도시) 등의 구동수단과 연결되어, 지지플레이트(21)를 회전 및 승강시킨다. 회전축(22)과 관통공(13) 사이를 통해 챔버(10) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지하고자, 회전축(22)은 벨로우즈(미도시)에 의하여 감싸져 있다.

지지플레이트(21)의 상부에는 원주방향을 따라 복수의 기판안착부(23)가 형성된다. 이 기판안착부(23)는 오목하게 형성되어 지지플레이트(21)가 회전되더라도 기판(s)이 이탈되지 않고 지지플레이트(21) 상부에 지지될 수 있게 하는 역할을 한다. 또한 지지플레이트(21)의 하측에는 히터(미도시)가 매설되어 기판(s)을 일정한 공정온도로 가열한다.

가스분사체(90)는 기판지지대(20)에 안착된 복수의 기판(s)에 원료가스, 반응가스 등의 공정가스를 분사하기 위한 것으로서, 챔버(10)의 상부에 결합된다.

본 실시예에서 가스분사체(90)는 복수의 가스분사유닛(m, r1~r3, p1~p4)을 포함하여 이루어지며, 이 가스분사유닛(m, r1~r3, p1~p4)은 부채꼴 모양으로 이루어져 기판지지대(20)의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치된다. 각 가스분사유닛(m, r1~r3, p1~p4)은 탑플레이트(50) 및 분사플레이트(70)로 이루어진다.

탑플레이트(50)는 일정한 두께의 사각 판 형상으로 넓게 형성되며, 각 가스분사유닛(m, r1~r3, p1~p4)의 분사플레이트(70)가 탑플레이트(50)의 하부에 결합된다.

즉, 각 가스분사유닛(m, r1~r3, p1~p4)은 탑플레이트(50)의 둘레 방향을 따라 탑플레이트(50)의 일부분씩을 점하는 상태로 탑플레이트(50)를 공유한다. 탑플레이트(50)의 중앙부에는 가스분사유닛(m, r1~r3, p1~p4)의 개수와 대응되는 개수로 복수의 도입구(51)가 형성된다. 도입구(51)들은 탑플레이트(50)의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치되며, 각 도입구(51)에는 외부의 가스공급원(미도시)과 연결된다.

다만, 탑플레이트의 형태는 상기한 바와 같이 일체로 형성되어 각 가스분사유닛들의 분사플레이트가 탑플레이트의 일부분씩을 점유하며 결합될 수도 있지만, 가스분사유닛별로 별도로 마련될 수도 있다. 즉, 도시하지는 않았지만, 다른 실시예에서는 챔버의 상부에 프레임이 결합되고, 이 프레임에 원주방향을 따라 복수의 탑플레이트가 결합되고, 분사플레이트는 각 탑플레이트의 하부에 결합되는 형태로 될 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 분사플레이트(70)의 상부에는 오목하게 홈부가 형성된다. 이 홈부는 기판지지대(20)의 반경방향을 따라 길게 배치된다. 분사플레이트(70)가 탑플레이트(50)에 밀착되게 결합되면, 탑플레이트(50)의 하면과 분사플레이트(70)의 홈부에 의하여 둘러싸인 가스확산공간이 기판지지대(20)의 반경방향을 따라 형성된다. 또한 각 분사플레이트(70)에는 상기 홈부의 하측에 일렬로 다수의 가스분사공(72)이 관통형성되며, 이 가스분사공(72)은 가스분사유닛의 내측과 챔버(10)의 공간부(11)를 상호 연통시킨다.

한편, 본 발명에서는 상기한 가스확산공간을 기판지지대(20)의 반경방향을 따라 상호 격리된 복수의 영역(71a,71b,71c)으로 분할하도록 격벽(79)이 설치된다. 이 격벽(79)이 설치됨으로써 복수의 영역(71a,71b,71c)들은 상호 연통되지 않고 격리된다.

또한, 탑플레이트(50)에는 각 가스분사유닛에 대응되는 개수로 도입구(51)가 형성된다고 설명하였는데, 보다 정확하게는 각 가스분사유닛의 각 격리된 공간(71a,71b,71c)의 개수에 대응되게 도입구(51)가 형성된다. 즉, 도 3을 참조하면, 참조번호 m으로 표시된 가스분사유닛(제1공정가스분사유닛) 및 참조번호 r1, r2, r3로 표시된 가스분사유닛(제2공정가스분사유닛)의 내부에는 각각 3개의 격리된 공간이 배치된다고 할 때, 탑플레이트(50)에는 각 분사유닛(m,r1,r2,r3)별로 3개씩의 도입구(51a,51b,51c)가 형성되는 것이다.

다만, 본 실시예와 같이 가스분사유닛의 내부를 격벽(79)을 이용해 복수의 공간으로 분할하지 않을 수도 있다. 즉, 기판지지대의 반경방향을 따라 복수의 도입구를 형성하고 각 도입구별로 유량을 조절하면, 격벽이 형성된 경우에 비하여 정확하지는 않지만, 기판에 분사되는 공정가스의 양을 원하는 수준에서 조절할 수 있다.

또한 모든 가스분사유닛의 내부가 격리된 복수의 영역으로 분할될 필요는 없는데, 예컨대 퍼지가스를 분사하는 가스분사유닛(p1~p4)에서는 가스확산공간이 복수의 영역으로 분할될 필요가 없지만, 박막증착의 원료가 되는 소스가스 및 이 소스가스와 반응하는 반응가스가 분사되는 가스분사유닛(제1공정가스분사유닛, 제2공정가스분사유닛)의 경우 복수의 영역으로 분할되는 것이 좋다.

즉, 박막증착공정에서 탑플레이트(50)의 도입구(51)를 통해 유입된 공정가스는 가스확산공간에서 확산된 후 분사플레이트(70)의 가스분사공(72)을 통해 기판(s)으로 분사되는데, 박막증착의 균일도를 향상시키기 위해서는 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 공정가스, 특히 소스가스와 반응가스가 고르게 분사되는 것이 바람직하다. 그러나, 종래기술의 문제점에서 설명한 바와 같이, 기존의 장치에는 탑플레이트와 분사플레이트 사이에 가스확산공간이 일체로 형성되어 있고 가스의 도입구도 중앙쪽에만 배치되므로, 도입구를 통해 유입된 공정가스는 가스확산공간에서 충분히 확산되지 못한 채 기판지지대의 중심쪽에 형성된 가스분사공을 통해 편중되서 분사되기 때문에, 기판지지대의 외곽쪽에 배치된 가스분사공을 통해서는 상대적으로 적은 양의 가스가 분사될 수 밖에 없었으며, 이에 따라 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급되지 않는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 기판지지대의 반경방향을 따라 복수의 도입구(51a,51b,51c)를 형성함으로써 기판지지대의 영역별로 분사되는 공정가스의 양을 조절한다.

더욱이 본 실시예에서는 기판지지대의 각 영역별로 분사되는 공정가스의 양을 정확하게 조절하기 위하여 가스확산공간을 격리된 복수의 공간(71a,71b,71c)으로 분할하고, 각 독립된 공간(71a,71b,71c)별로 도입구(51a,51b,51c)를 형성하여 공정가스를 공급한다. 이에 따라 기판지지대(20)의 외곽쪽에 형성된 가스분사공(72)을 통해서도 충분한 양의 공정가스가 공급될 수 있도록 한 것이다.

또한, 각각의 격리된 공간(71a,71b,71c)의 도입구(51a,51b,51c)와 연결된 가스유입라인(l)에는 유량조절장치(MFC-1~MFC-3)가 설치된다. 각 유량조절장치에 의하여 각 격리된 공간(71a,71b,71c)으로 유입되는 공정가스의 양이 독립적으로 제어될 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기한 구성으로 이루어진 가스분사유닛은 소스가스를 분사하는 제1공정가스분사유닛(m)과 반응가스를 분사하는 제2공정가스분사유닛(r1,r2,r3) 및 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사유닛(p1~p4)으로 나누어진다. 다만, 가스분사유닛의 실질적 구성은 동일하므로, 이러한 구분은 각 가스분사유닛에 도입되는 가스에 따라 결정되는 것이다. 즉, 진행하고자 하는 공정에 따라 각 가스분사유닛에 도입되는 가스를 변경함으로서, 복수의 가스분사유닛을 다양하게 조합하여 가변시킬 수 있다.

예컨대, 참조번호 m으로 표시된 제1공정가스분사유닛에서는 지르코늄(Zr)과 같은 금속을 포함하는 소스가스를 기판지지대(20) 상으로 공급하고, 참조번호 r1~r3로 표시된 제2공정가스분사유닛에서는 소스가스와 반응하는 예컨대 오존(O₃)과 같은 반응가스를 기판지지대(20) 상으로 공급한다. 편의상 소스가스와 반응가스를 분리하여 설명하였지만 본 명세서에 기재된 공정가스는 소스가스와 반응가스를 모두 포함하는 의미이다.

제1공정가스분사유닛(m)과 복수의 제2공정가스분사유닛(r1~r3) 사이에는 퍼지가스분사유닛(p1~p2, p3~p4)이 배치된다. 이 퍼지가스 분사유닛에서는 질소 또는 아르곤과 같은 비반응성 가스를 분사하여 기판 상에 화학적으로 흡착되어 있지 않은 소스가스와 반응가스를 물리적으로 제거한다.

또한, 제1공정가스분사유닛(m)과 반응가스 분사유닛(r1~r3) 사이에서 가스가 혼합되지 않도록, 가스분사유닛들의 중앙에는 중앙 퍼지가스 분사유닛(80)을 더 구비한다. 이 중앙 퍼지가스 분사유닛(80)에는 탑플레이트(50)의 중앙부에 가스유입구(52)가 형성되며, 가스유입구(52)의 하부에는 다수의 분사공(81)이 형성되어 퍼지가스를 기판지지대(20)의 중앙쪽으로 분사하게 한다. 퍼지가스가 분사되면서 에어커튼을 형성함으로써 소스가스와 반응가스는 기판지지대(20)의 중앙에서 상호 혼합되는 것이 방지된다.

한편, 본 박막증착방법에서 사용되는 기판처리장치(100)에서는 서로 동일한 가스를 분사하는 가스분사유닛들은 상호 인접하게 배치되어 그룹을 지어 가스분사블럭을 형성한다. 도 3을 참조하면, 3개의 반응가스 분사유닛(r1,r2,r3)들은 상호 인접하게 배치되어, 제2공정가스분사블럭(RB)을 형성하며, 제2공정가스분사블럭(RB)의 양측에는 각각 2개(p1~p2, p3~p4)의 퍼지가스 분사유닛들이 그룹을 지어 퍼지가스 분사블럭(PB)을 형성한다.

또한, 제1공정가스분사유닛과 퍼지가스 분사유닛 사이에 버퍼분사유닛(d)이 개재된다. 버퍼분사유닛(d)은 제1공정가스분사유닛과 퍼지가스 분사유닛을 상호 이격시키기 위한 것이며, 버퍼분사유닛(d)에는 별도의 공정가스가 도입되지 않는다. 다만, 버퍼분사유닛(d)의 구조는 다른 가스분사유닛들과 동일하므로 필요에 따라 선택적으로 공정가스를 유입시킬 수는 있다.

상기한 구성으로 이루어진 기판처리장치(100)를 이용한 본 발명에 따른 박막증착방법에서는 각 가스분사유닛에서 공정가스 및 퍼지가스를 분사하는 가운데, 기판지지대(20)를 회전시켜 기판지지대(20)에 안착되어 있는 복수의 기판(s)은 순차적으로 제1공정가스, 퍼지가스, 제2공정가스 및 퍼지가스에 노출시키면 기판(s)의 상면에는 제1공정가스와 제2공정가스가 리간드 상호간 치환반응을 통해 층을 형성하면서 박막이 증착된다.

그러나 종래기술에서 설명한 바와 같이 각 가스분사유닛으로부터 분사된 공정가스는 기판지지대(20)의 중앙부에 집중되며 기판지지대(20)의 외곽쪽에는 상대적으로 적은 양이 분사되는 바, 기판의 박막 균일도가 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명에 따른 박막증착방법에서는 기판지지대의 중앙부보다 기판지지대의 외곽부에 상대적으로 많은 양의 공정가스를 공급하여 기판 전체 영역에 걸쳐 증착되는 박막의 균일도를 일정하게 하였다.

기판지지대의 외곽부에 상대적으로 많은 양의 공정가스를 공급하기 위해서 본 발명에서는 3가지 방법을 채용한다.

즉, 기판지지대(20)의 중앙부와 외곽부에 동일한 시간 동안 공정가스를 분사하면서 단위시간당 공급량을 기판의 외곽부 쪽에서 크게 하는 방식과, 단위시간당 공정가스 공급량은 기판지지대(20)의 중앙부와 외곽부를 상호 동일하게 하면서 공정가스 공급시간을 기판지지대(20)의 외곽부에서 더 길게 유지하는 방식 및 기판지지대(20)의 중앙부와 외곽부에 시간에 차등을 두어 공정가스를 공급하면서 공정가스의 양도 차등을 두는 방식이다.

첫 번째 방식, 즉 가스 분사시간은 동일하게 하면서 단위시간당 공정가스 공급량을 기판지지대(20)의 외곽부에 많게 하는 방식은 위 기판처리장치(100)의 유량조절장치(MFC-1,2,3)를 조절하여 제,2공정가스분사유닛(m,r1~r3) 내부의 분할된 영역 중 최외곽영역(71c)에 가장 많은 양의 공정가스를 공급하고 중앙에 배치된 영역(71a,71b)에는 상대적으로 공급량을 줄임으로써 달성할 수 있다.

기판지지대(20)가 회전된다는 것을 고려할 때, 기판지지대(20)의 중심쪽과 외곽쪽에 배치된 영역에 동일한 양의 가스를 공급하게 되면 실질적으로는 기판(s)의 전체 영역 중 기판지지대(20)의 외곽쪽에 배치된 부분에는 상대적으로 적은 양의 가스를 공급하는 결과를 초래하기 때문이다. 즉, 기판지지대(20)가 계속적으로 회전되므로, 기판 전체 영역에 걸쳐 동일한 시간 내에 동일한 양의 가스를 공급한다고 하더라도, 기판(s)의 전체 영역 중 기판지지대(20)의 외곽쪽에 배치된 부분은 중앙쪽에 배치된 부분보다 동일 시간 내에 이동거리(회전량)가 많기 때문에 기판지지대(20)의 외곽쪽에 배치된 부분이 가스와 접촉되는 양은 상대적으로 작아질 수 밖에 없기 때문이다. 이에 기판지지대(20)의 외곽쪽에 배치된 공간(71c)으로 상대적으로 많은 양의 공정가스를 공급함으로써, 실질적으로는 기판(s)의 전체 영역에 가스가 균등하게 공급될 수 있도록 한 것이다.

공급량의 차이를 얼마나 크게 할 것인가는 실험적인 고찰을 통해서 획득가능하며, 위에서는 기판지지대(20)의 외곽쪽에 상대적으로 많은 양의 공정가스를 공급하는 것으로 기술했으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 공정의 특수성에 따라 각 영역별로 가스의 공급량을 변경할 수 있다. 필요에 따라서는 내부쪽에 있는 영역에 상대적으로 많은 양의 가스를 공급할 수도 있는 등 공정조건에 따라서 상대적인 가스공급량은 달라질 수 있다. 중요한 점은 본 발명에 따른 박막증착방법에서는 기판지지대의 영역별로 공급되는 공정가스의 양을 자유롭게 조절할 수 있다는 것이며, 이를 달성하기 위해 본 방법에 사용되는 장치에서는 각 가스분사유닛의 내부의 가스확산공간을 기판지지대(20)의 반경방향을 따라 서로 격리된 복수의 공간으로 분할하고, 각각의 격리된 공간으로 독립적으로 공정가스를 도입하여 유량을 조절하는 것이다.

본 발명의 다른 방법은 상기한 바와 같이 기판지지대(20)의 전체 영역에 걸쳐 단위시간 당 공정가스 공급량은 동일하게 하면서, 공정가스의 공급시간을 기판지지대(20)의 중앙쪽보다 외곽쪽에서 더 길게 유지하는 것이다.

그리고 세번째 방법은 위의 2가지 방법을 조합한 것이다. 기판지지대(20)의 중앙부와 외곽부에 대하여 시간에 차등을 두고 공정가스를 공급하면서, 공정가스의 공급량도 차등을 두는 것이다. 즉, 기판지지대(20)의 외곽부에는 단위시간당 공정가스의 공급량을 중앙부보다 많게 하면서, 공정가스의 공급시간도 길게 하는 방식이다. 그러나 기판지지대(20)의 중앙부보다 외곽부에 반드시 공정가스 공급량을 많게 하거나 공급시간을 길게 해야 하는 것은 아니며, 공정의 조건과 실험적 고찰에 따라 다양한 조합이 가능할 것이다.

도 5 내지 도 8을 참조하여 구체적인 운용예를 설명한다.

도 5에는 제1공정가스와 제2공정가스 및 퍼지가스가 영역별로 기판지지대에 공급되는 시간을 표시하였다. 도 5에 나타난 바와 같이, 제1공정가스의 영역별 공급시간을 살펴보면, 기판지지대의 중앙부와 외곽부가 일정 시간 동안 함께 공급된 후 중앙부에서는 제1공정가스의 공급이 중단되고 외곽부에서는 계속 가스가 공급되면서 추가적으로 싸이클이 진행되고 있음을 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 가스가 공급되는 영역을 중앙부와 외곽부의 2개의 영역으로 분할했지만 다른 실시예에서는 기판지지대의 반경방향을 따라 3부분 또는 그 이상으로 분할할 수도 있다.

도 6을 살펴보면, 제1공정가스와 제2공정가스가 기판지지대의 중앙부와 외곽부에 동일하게 공급되다가, 중앙부쪽에서는 공급을 중단하고 외곽부에만 공정가스를 공급하면서 추가적인 싸이클을 진행한다.

도 7을 살펴보면, 기판에 대한 공정을 초기, 중기, 말기로 나누고, 각 시기별로 공정가스의 양을 조절한다. 즉, 초기에서 일정 시간 동안 제1공정가스를 기판지지대의 중앙쪽과 외곽쪽에 분사하다가 중앙쪽에는 가스분사를 멈추고 외곽쪽에만 가스를 분사하면서 추가적인 싸이클을 진행한다. 다시 공정의 중기로 들어가면, 초기와 마찬가지로 기판지지대의 중앙쪽과 외곽쪽에 함께 공정가스를 분사하다가 중앙쪽에는 가스분사를 멈추고 외곽쪽에만 공급한다. 말기에서도 동일한 방식으로 수행된다.

도 8의 실시예에서는 도 7의 실시예와 동일하게 공정을 초기, 중기, 말기로 나눈 후 공정가스의 공급시간을 조절하는데, 제1공정가스의 공급시간과 함께 제2공정가스의 공급시간도 조절한다는 점에서 차이가 있다.

도 7 및 도 8에서는 공정의 시기를 초기, 중기, 말기로 분할하였지만 다른 실시예에서는 초기와 말기 두 개로 분리할 수도 있고, 4개 이상의 시기로 분할할 수도 있음을 첨언한다.

한편, 도 5 내지 도 8의 실시예에서 기판지지대의 외곽쪽에 대해서만 공정가스를 공급하면서 추가적인 사이클을 진행하는 동안 퍼지가스는 계속적으로 공급된다.

상기한 박막증착방법에 의하여 종래의 방법에서 기판지지대의 외곽쪽과 중앙쪽에 형성되는 박막의 증착 균일도가 다르게 나타나는 문제점이 해결될 수 있으며, 공정별로 기판에 대한 가스공급량을 변경할 수 있어 다양한 어플리케이션이 가능하다는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100 ... 기판처리장치 10 ... 챔버
20 ... 기판지지대 70 ... 가스분사유닛
90 ... 가스분사체 s ... 기판
m ... 제1공정가스분사유닛 r1,r2,r3 ... 제2공정가스 분사유닛

Claims (8)

1. 기판에 대한 공정을 수행하도록 반응공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되는 기판지지대와, 방사형으로 배치되어 각각 공정가스 또는 퍼지가스를 상기 기판을 향해 분사하는 복수의 가스분사유닛을 구비하여 상기 기판지지대 상방에 설치되는 가스분사체를 포함하여 이루어진 기판처리장치를 이용하여 상기 기판에 박막을 증착하는 박막증착방법으로서,
   상기 기판지지대를 회전시키면서 상기 가스분사체의 각 가스분사유닛에서 공정가스 또는 퍼지가스를 분사하여, 상기 각 가스분사유닛으로부터 분사되는 가스를 상기 각 기판이 순차적으로 공급받게 함으로써 박막을 형성하되,
   상기 기판지지대의 중심쪽에 비하여 외곽쪽에 많은 양의 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공정가스를 분사하는 가스분사유닛에서 상기 기판지지대의 중앙쪽에 공정가스를 공급하는 시간보다 상기 기판지지대의 외곽쪽에 공정가스를 공급하는 시간을 길게 유지하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가스분사유닛들 중 공정가스를 분사하는 공정가스분사유닛에는 상기 기판지지대의 반경방향을 따라 공정가스가 도입되는 복수의 도입구가 형성되어 상기 공정가스를 공급하며,
   상기 각 공정가스분사유닛의 각 도입구에서 일정 시간 동안 공정가스를 공급한 후,
   상기 공정가스분사유닛의 각 도입구들 중 상기 기판지지대의 중앙쪽 상방에 배치된 도입구에서는 상기 공정가스의 공급을 중단시킨 상태에서 상기 기판지지대의 외곽쪽 상방에 배치된 도입구에서만 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가스분사유닛들 중 공정가스를 분사하는 공정가스분사유닛의 내부는 상기 기판지지대의 반경방향을 따라 복수의 영역으로 분할되며,
   상기 복수의 도입구는 상기 분할된 영역별로 각각 연결되어 상기 분할된 영역별로 공정가스를 각각 상기 기판을 향해 분사가능한 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 기판에 대한 공정을 시간에 따라 복수의 시기로 분할한 후,
   상기 각 시기별로 상기 기판지지대의 중앙쪽에 공정가스를 공급하는 시간보다 외곽쪽에 공정가스를 공급하는 시간을 길게 유지하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 공정가스는 적어도 2종을 공급하며,
   상기 기판지지대의 중앙부에 비하여 외곽부에 공정가스의 공급시간을 길게 하는 것은 적어도 하나의 공정가스에 적용하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 가스분사유닛들 중 공정가스를 분사하는 공정가스분사유닛에는 상기 기판지지대의 반경방향을 따라 공정가스가 도입되는 복수의 도입구가 형성되어 상기 공정가스를 공급하며,
   상기 각 공정가스분사유닛의 각 도입구에서 공정가스를 공급하되, 상기 가스분사유닛의 각 도입구들 중 상기 기판지지대의 중앙쪽 상방에 배치된 도입구에 비하여 상기 기판지지대의 외곽쪽 상방에 배치된 도입구에서 상대적으로 많은 양의 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 가스분사유닛들 중 공정가스를 분사하는 공정가스분사유닛의 내부는 상기 기판지지대의 반경방향을 따라 복수의 영역으로 분할되며,
   상기 복수의 도입구는 상기 분할된 영역별로 각각 연결되어 상기 분할된 영역별로 공정가스를 각각 상기 기판을 향해 분사가능한 것을 특징으로 하는 박막증착방법.

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