KR20180047564A - 기판처리장치 및 기판처리방법 - Google Patents
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Abstract
기판처리장치 및 기판처리방법이 개시된다. 본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 기판의 상측에서 소스가스를 분사하여 기판에 대하여 단차(段差)지게 형성된 패턴을 덮는 형태로 소스가스를 기판에 증착한다. 그리고, 산소를 함유한 제1반응가스를 기판의 상측에서 하측으로 분사하면서 플라즈마 처리하여 소스가스가 기판에 안정되게 증착되게 한다. 그 후, 소스가스를 기판의 상측에서 분사하여 기판에 증착한 다음, 수소를 함유한 제2반응가스를 기판의 상측에서 하측으로 분사하면서 플라즈마 처리하여 소스가스가 기판에 불안정하게 증착되게 한다. 그 후, 퍼지가스를 이용하여 기판에 불안정하게 증착된 소스가스를 제거한다. 그런데, 소스가스 및 제2반응가스는 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 많이 밀집되어 머무르므로, 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 머무르는 많은 양의 소스가스가 제2반응가스에 의하여 불안정한 상태로 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 증착된다. 그러면, 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 불안정하게 증착된 많은 양의 소스가스가 퍼지가스에 의하여 용이하게 제거되므로, 기판에 대하여 단차지게 형성된 패턴을 덮는 형태로 기판에 박막을 형성하였을 때, 패턴의 상면, 패턴의 측면 및 패턴과 패턴 사이의 기판의 부위에 형성된 박막은 균일한 두께로 형성될 수 있는 효과가 있을 수 있다.
Description
본 발명은 기판에 대하여 단차(段差)지게 형성된 패턴을 덮는 형태로 기판에 박막을 형성할 때, 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 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 기판을 처리하기 위한 공간이 분할된 공간분할 플라즈마(SDP: Space Divided Plasma) 증착장치에서 수행하기도 한다.
기판에 소정의 패턴을 형성한 다음, 패턴을 덮는 형태로 기판에 박막을 형성할 때, 패턴의 상면 및 기판에 대하여 단차(段差)진 패턴의 측면 상측 부위에 상대적으로 많은 양의 소스가스가 증착되고, 패턴의 측면 하측 부위 및 패턴과 패턴 사이의 기판의 부위에는 상대적으로 적은 양의 소스가스가 증착된다.
이로 인해, 패턴을 덮는 형태로 기판에 박막을 형성하였을 때, 패턴의 측면 하측 부위 및 패턴과 패턴 사이의 기판에 형성된 박막의 두께는 다른 부위에 형성된 박막의 두께 보다 얇게 형성된다. 그러면, 형성된 박막의 두께에 편차가 발행하므로, 제품의 특성이 저하되는 단점이 있다. 즉, 패턴의 측면측에 형성된 박막의 단차피복성(Step Coverage)이 저하되므로, 제품의 특성이 저하되는 단점이 있다.
단차 피복성 향상과 관련한 선행기술은 한국공개특허공보 제10-1998-0034177호(1998년 08월 05일) 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 기판에 대하여 단차(段差)지게 형성된 패턴을 덮는 형태로 박막을 형성할 때, 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 소스가스가 증착되는 것을 억제하여, 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 실시예에 따른 기판처리장치는, 내부에 기판이 처리되는 공간이 형성된 챔버; 상기 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며, 기판이 탑재 지지되는 기판지지부; 상기 챔버에 설치되며, 기판에 형성된 패턴을 덮는 형태로 기판에 증착되는 소스가스를 상기 챔버의 내부 제1영역으로 분사하는 제1소스가스 분사부; 상기 챔버에 설치되며, 상기 소스가스가 기판에 안정되게 증착되도록 상기 챔버의 내부 제2영역으로 산소를 함유한 반응가스를 분사하면서 13.56MHz ∼ 950MHz의 주파수로 플라즈마 처리하는 제1반응가스 분사부; 상기 챔버에 설치되며, 상기 소스가스가 기판에 불안정하게 증착되도록 상기 챔버의 내부 제4영역으로 수소를 함유한 반응가스를 분사하면서 450KHz ∼ 1MHz의 주파수로 플라즈마 처리하는 제2반응가스 분사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 실시예에 따른 기판처리방법은, 기판이 탑재 지지되는 기판지지부가 회전가능하게 설치된 챔버의 공간에서 소스가스와 제1반응가스와 제2반응가스의 반응을 이용하여 기판에 형성된 패턴을 덮는 형태로 박막을 증착하는 기판처리방법에 있어서, 기판에 증착되는 상기 소스가스를 상기 챔버의 제1영역으로 분사하는 공정; 상기 소스가스와 반응하여 기판에 상기 소스가스가 안정되게 증착되도록 하는 상기 제1반응가스를 상기 챔버의 제2영역으로 분사하는 공정; 상기 챔버의 제3영역으로 상기 소스가스를 분사하는 공정; 상기 소스가스가 기판에 불안정하게 증착되도록 하는 상기 제2반응가스를 상기 챔버의 제4영역으로 분사하는 공정을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 기판의 상측에서 소스가스를 분사하여 기판에 대하여 단차(段差)지게 형성된 패턴을 덮는 형태로 소스가스를 기판에 증착한다. 그리고, 산소를 함유한 제1반응가스를 기판의 상측에서 하측으로 분사하면서 플라즈마 처리하여 소스가스가 기판에 안정되게 증착되게 한다. 그 후, 소스가스를 기판의 상측에서 분사하여 기판에 증착한 다음, 수소를 함유한 제2반응가스를 기판의 상측에서 하측으로 분사하면서 플라즈마 처리하여 소스가스가 기판에 불안정하게 증착되게 한다. 그 후, 퍼지가스를 이용하여 기판에 불안정하게 증착된 소스가스를 제거한다. 그런데, 소스가스 및 제2반응가스는 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 많이 밀집되어 머무르므로, 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 머무르는 많은 양의 소스가스가 제2반응가스에 의하여 불안정한 상태로 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 증착된다. 그러면, 패턴의 상면 및 패턴의 측면 상측 부위에 불안정하게 증착된 많은 양의 소스가스가 퍼지가스에 의하여 용이하게 제거되므로, 기판에 대하여 단차지게 형성된 패턴을 덮는 형태로 기판에 박막을 형성하였을 때, 패턴의 상면, 패턴의 측면 및 패턴과 패턴 사이의 기판의 부위에 형성된 박막은 균일한 두께로 형성될 수 있는 효과가 있을 수 있다. 즉, 패턴의 측면측에 형성된 박막의 단차피복성(Step Coverage)이 향상되는 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 일부 분해 사시도.
도 2는 도 1의 결합 단면도.
도 3은 도 1의 개략 평면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리방법을 보인 도.
도 2는 도 1의 결합 단면도.
도 3은 도 1의 개략 평면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리방법을 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 단면도이며, 도 3은 도 1의 개략 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 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)에는 전극 등과 같은 패턴(P)(도 4a 참조)이 형성될 수 있으며, 기판(S)의 처리란, 기판(S)에 박막을 형성하거나, 패턴(P)을 덮는 형태로 기판(S)에 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 하면측은 본체(111)의 하면측에 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.
기판지지부(120)는 서셉터(Susceptor) 등으로 마련될 수 있으며, 구동축(130)을 기준으로 자전하는 형태로 회전하는 것이 바람직하다.
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 균일하게 공급하기 위하여, 챔버(110)의 상면에는 소스가스를 분사하는 소스가스 분사부(140) 및 반응가스를 분사하는 반응가스 분사부(150)가 각각 설치될 수 있다.
기판(S)은 기판지지부(120)의 중심을 기준으로 공전하는 형태로 회전하므로, 기판(S)이 회전하여 소스가스 분사부(140) 및 반응가스 분사부(150)의 하측에 위치되면, 기판(S)과 소스가스 분사부(140)는 대향하는 것이 바람직하고, 기판(S)과 반응가스 분사부(150)는 대향하는 것이 바람직하다.
소스가스 분사부(140)는 제1소스가스 분사부(141)와 제2소스가스 분사부(145)를 포함할 수 있고, 반응가스 분사부(150)는 제1반응가스 분사부(151)와 제2반응가스 분사부(155)를 포함할 수 있으며, 제1소스가스 분사부(141), 제2소스가스 분사부(145), 제1반응가스 분사부(151) 및 제2반응가스 분사부(155)는 상호 구획되어 배치될 수 있다.
그리고, 소스가스 분사부(140)와 반응가스 분사부(150)는 교호하면서 순환하는 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제1소스가스 분사부(141) → 제1반응가스 분사부(151) → 제2소스가스 분사부(145) → 제2반응가스 분사부(155) → 제1소스가스 분사부(141)의 순으로 순환하는 형태로 배치될 수 있다.
그리하여, 제1소스가스 분사부(141)는 제1소스가스 분사부(141)의 하측 부위인 챔버(110)의 내부 제1영역(110a)으로 소스가스를 분사하여 소스가스를 기판(S)측으로 분사할 수 있고, 제1반응가스 분사부(151)는 제1반응가스 분사부(151)의 하측 부위인 챔버(110)의 내부 제2영역(110b)으로 제1반응가스를 분사하여 제1반응가스를 기판(S)측으로 분사할 수 있으며, 제2소스가스 분사부(145)는 제2소스가스 분사부(145)의 하측 부위인 챔버(110)의 내부 제3영역(110c)으로 소스가스를 분사하여 소스가스를 기판(S)측으로 분사할 수 있고, 제2반응가스 분사부(155)는 제2반응가스 분사부(155)의 하측 부위인 챔버(110)의 내부 제4영역(110d)으로 제2소스가스를 분사하여 제2소스가스를 기판(S)측으로 분사할 수 있다.
제1소스가스 분사부(141), 제1반응가스 분사부(151), 제2소스가스 분사부(145) 및 제2반응가스 분사부(155)도 기판지지부(120)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 것이 바람직하다. 그리고, 기판(S)의 전체 면으로 소스가스, 제1반응가스 또는 제2반응가스를 분사할 수 있도록, 기판지지부(120)의 중심을 기준으로, 제1소스가스 분사부(141), 제2소스가스 분사부(145), 제1반응가스 분사부(151) 및 제2반응가스 분사부(155)의 반경 방향 길이는 기판(S)의 직경 보다 긴 것이 바람직하다.
소스가스는 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf) 또는 실리콘일 수 있고, 제1반응가스는 산소를 함유한 반응가스일 수 있으며, 제2반응가스는 소소를 함유한 반응가스일 수 있다.
챔버(110)의 상면에는 기판지지부(120)에 탑재 지지된 기판(S)측으로 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성가스인 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사부(160)가 설치될 수 있다. 퍼지가스 분사부(160)는 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 사이, 제2영역(110b)과 제3영역(110c) 사이, 제3영역(110c)과 제4영역(110d) 사이 및 제4영역(110d)과 제1영역(110a) 사이로 퍼지가스를 각각 분사할 수 있다. 그리하여, 퍼지가스는 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 사이, 제2영역(110b)과 제3영역(110c) 사이, 제3영역(110c)과 제4영역(110d) 사이 및 제4영역(110d)과 제1영역(110a) 사이를 각각 공간적으로 분리할 수 있다. 그러면, 제1영역(110a)의 소스가스가 제2영역(110b)의 제1반응가스 및 제4영역(110d)의 제2반응가스와 혼합되는 것이 방지되고, 제3영역(110c)의 소스가스가 제2영역(110b)의 제1반응가스 및 제4영역(110d)의 제2반응가스와 혼합되는 것이 방지된다.
즉, 퍼지가스는 에어 커튼의 기능을 한다. 그리고, 퍼지가스는 패턴(P)의 상면 및 패턴(P)의 측면 상측 부위에 불안정하게 증착된 소스가스를 제거하여 패턴(P)의 상면 및 패턴(P)의 측면 상측 부위에 소스가스가 증착되는 것을 억제할 수 도 있다. 이는, 후술한다.
기판지지부(120)에 기판(S)을 탑재 지지한 상태에서 기판지지부(120)를 회전시키면, 기판(S)이 순차적으로 제1영역(110a) → 제2영역(110b) → 제3영역(110c) → 제4영역(110d)에 위치되므로, 제2영역(110b)에서 소스가스와 제1반응가스의 반응에 의하여 기판(S)에 소스가스가 증착되어 박막이 형성된다. 그리고, 제4영역(110d)에서는 소스가스와 제2반응가스의 반응에 의하여 패턴(P)의 상면 및 패턴(P)의 측면 상측 부위에 소스가스가 증착되는 것을 억제하는데, 이를 후술한다.
반응가스 분사부(150)의 제1반응가스 분사부(151) 및 제2반응가스 분사부(155)에는 반응가스를 플라즈마 상태로 생성하기 위한 플라즈마발생유닛(152)(156)이 각각 설치될 수 있다.
플라즈마발생유닛(152)은 제1반응가스 분사부(151)에서 분사되는 제1반응가스를 13.56MHz ∼ 950MHz의 주파수로 플라즈마 처리할 수 있고, 플라즈마발생유닛(156)은 제2반응가스 분사부(155)에서 분사되는 제2반응가스를 450KHz ∼ 1MHz의 주파수로 플라즈마 처리할 수 있다.
제1반응가스를 플라즈마로 생성하기 위한 주파수가 13.56MHz 이하이면 플라즈마가 증착된 박막에 단위 시간당 적게 충돌하고, 950MHz 이상이면 플라즈마가 증착된 박막에 많이 충돌하여 박막을 손상시킬 수 있다.
그리고, 제2반응가스를 450KHz ∼ 1MHz의 주파수로 플라즈마 처리하면, 수소를 함유한 플라즈마가 박막에 큰 힘으로 충돌하게 되므로, 박막의 밀도가 향상된다. 그러므로, 막질이 향상되는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 챔버(110)의 외측에는 플라즈마발생유닛(152, 156)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 있다. 이때, 전원장치(181)는 플라즈마발생유닛(152)(156)을 매개로 접지될 수 있다.
기판(S)에 형성된 패턴(P)은 기판(S)에 대하여 단차(段差)진 형태로 형성된다. 그런데, 기판(S)의 상측에서 소스가스가 분사되므로, 패턴(P)의 상면 및 기판(S)에 대하여 단차진 패턴(P)의 측면 상측 부위에 상대적으로 많은 소스가스가 증착될 수 있고, 패턴(P)의 측면 하측 부위 및 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)의 부위에는 상대적으로 적은 소스가스가 증착될 수 있다. 그러면, 패턴(P)의 상면 및 측면 상측 부위에는 두꺼운 박막이 형성되고, 패턴(P)의 측면 하측 부위 및 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)에 부위에는 얇은 박막이 형성되므로, 제품의 특성이 저하될 수 있다.
본 실시예에 따른 기판처리방법은, 기판(S)에 대하여 단차진 패턴(P)이 형성된 기판(S)에 패턴(P)을 덮는 형태로 박막을 형성하였을 때, 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다. 그리고, 균일한 두께의 박막을 형성하기 위하여, 패턴(P)의 상면 및 측면 상측 부위에 소스가스가 증착되는 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리방법에 대하여 도 1, 도 3 내지 도 4c를 참조하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리방법을 보인 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리방법은, 패턴(P)이 형성된 기판(S)을 챔버(110)에 반입하여 기판지지부(120)에 로딩할 수 있다. 즉, 복수의 기판(S)을 챔버(110)에 반입하여 기판지지부(120)에 탑재 지지할 수 있으며, 기판(S)은 회전함에 따라 제1영역(110a) 내지 제4영역(110d)을 순차적으로 통과하여야 함은 당연하다.
도 3에서는, 도면의 간략화 및 설명의 편의를 위하여, 기판지지부(120)에 하나의 기판(S)이 탑재 지지된 것을 예로 들어 도시한다.
기판(S)을 기판지지부(120)에 로딩한 다음, 기판지지부(120)를 회전시킬 수 있고, 기판지지부(120)에 의하여 회전하는 기판(S)에 패턴(P)을 덮는 형태로 박막을 형성할 수 있다.
패턴(P)을 덮는 형태로 박막을 형성하기 위하여, 제1영역(110a)에서는 소스가스를 상측에서 하측으로 분사할 수 있다. 즉, 챔버(110)의 상측에 설치된 제1소스가스 분사부(141)에서 기판(S)측으로 소스가스를 분사할 수 있다. 그러면, 제1영역(110a)에 위치된 기판(S)에 패턴(P)을 덮는 형태로 소스가스가 증착된다. 이때, 소스가스는 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf) 또는 실리콘일 수 있다.
제1소스가스 분사부(141)는 기판(S)의 상측에 위치되어 소스가스를 하측으로 분사하므로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 패턴(P)의 상면 및 측면 상측 부위에는 상대적으로 많은 소스가스가 증착되고, 패턴(P)의 측면 하측 부위 및 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)의 부위에는 상대적으로 적은 소스가스가 증착된다.
그 후, 기판지지부(120)가 시계방향으로 더 회전하면, 기판(S)은 제1영역(110a)과 제2영역(110b) 사이의 퍼지가스가 분사되는 영역을 통과하여 제2영역(110b)에 위치된다. 퍼지가스는 아르곤(Ar)일 수 있다.
제2영역(110b)으로는 산소를 함유한 제1반응가스가 분사될 수 있다. 즉, 챔버(110)의 상측에 설치된 제1반응가스 분사부(151)에서 기판(S)측으로 제1반응가스를 분사할 수 있으며, 제1반응가스는 플라즈마발생유닛(155)에 의하여 13.56MHz ∼ 950MHz의 주파수로 플라즈마 처리될 수 있다. 그러면, 지르코늄과 O2 플라즈마의 반응에 의하여 지르코늄이 산화지르코늄(ZrO2)이 되므로, 지르코늄이 기판(S)에 안정되게 증착될 수 있다. 또는, 하프늄과 O2 플라즈마의 반응에 의하여 하프늄이 산화하프늄(HfO2)이 되므로, 하프늄이 기판(S)에 안정되게 증착될 수 있다. 또는, 실리콘과 O2 플라즈마의 반응에 의하여 실리콘이 산화규소(SiO2)가 되므로, 실리콘이 기판(S)에 안정되게 증착될 수 있다.
제1반응가스를 플라즈마로 생성하기 위한 주파수가 13.56MHz 이하이면 플라즈마가 증착된 박막에 단위 시간당 적게 충돌하고, 950MHz 이상이면 플라즈마가 증착된 박막에 많이 충돌하여 박막을 손상시킬 수 있다.
이때, 제1반응가스 분사부(151)에서 분사되는 제1반응가스도 패턴(P)의 상면 및 측면 상측 부위에는 많이 밀집되나, 패턴(P)의 측면 하측 부위 및 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)의 부위에는 상대적으로 적게 밀집되므로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 패턴(P)의 상면 및 측면 상측 부위에 소스가스가 두껍게 증착된다.
그 후, 기판지지부(120)가 시계방향으로 더 회전하면, 기판(S)은 제2영역(110b)과 제3영역(110c) 사이의 퍼지가스가 분사되는 영역을 통과하여 제3영역(110c)에 위치된다.
제3영역(110c)으로는 소스가스가 분사될 수 있다. 즉, 챔버(110)의 상측에 설치된 제2소스가스 분사부(145)에서 기판(S)측으로 소스가스를 분사할 수 있으며, 소스가스는 제1영역에서 분사된 소스가스와 동일한 소스가스일 수 있다.
그러면, 제3영역(110c)에 위치된 기판(S)에 소스가스가 증착되며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 패턴(P)의 상면 및 측면 상측 부위에 상대적으로 많은 소스가스가 증착되고, 패턴(P)의 측면 하측 부위 및 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)의 부위에 상대적으로 적은 소스가스가 증착된다.
이러한 상태에서, 기판지지부(120)가 시계방향으로 더 회전하면, 기판(S)은 제3영역(110c)과 제4영역(110d) 사이의 퍼지가스가 분사되는 영역을 통과하여 제4영역(110d)에 위치된다.
제4영역(110d)으로는 수소를 함유한 제2반응가스가 분사되면서, 플라즈마발생유닛(156)에 의하여 450KHz ∼ 1MHz의 주파수로 플라즈마 처리될 수 있다. 그러면, H2 플라즈마가 기판(S)에 증착되려는 소스가스인 산화지르코늄 또는 산화하프늄 또는 산화규소로부터 산소를 빼앗아 오므로, 기판(S)에 증착되려는 산화지르코늄 또는 산화하프늄 또는 산화규소는 불안정한 상태로 기판(S)에 증착된다.
제2반응가스를 450KHz ∼ 1MHz의 주파수로 플라즈마 처리하면, 수소를 함유한 플라즈마가 박막에 큰 힘으로 충돌하게 되므로, 박막의 밀도가 향상된다. 그러므로, 막질이 향상되는 효과가 있을 수 있다.
제2반응가스도 기판(S)의 상측에서 하측으로 분사되므로, 패턴(P)의 상면과 측면 상측 부위에 제2반응가스가 많이 밀집되고, 패턴(P)의 측면 하측 부위와 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)의 부위에 제2반응가스가 적게 밀집된다. 이로인해, 패턴(P)의 상면과 측면 상측 부위에 머무르는 많은 소스가스가 불안정한 상태가 되어, 패턴(P)의 상면과 측면 상측 부위에는 많은 양의 소스가스가 불안정한 상태로 증착된다.
이러한 상태에서, 기판지지부(120)가 시계방향으로 더 회전하면, 기판(S)은 제4영역(110d)과 제1영역(110a) 사이의 퍼지가스가 분사되는 영역을 통과하여 제1영역(110a)에 위치된다. 이때, 제4영역(110d)과 제1영역(110a) 사이의 퍼지가스에 의하여, 기판(S)에 불안정하게 증착된 소스가스가 기판(S)으로부터 박리되므로, 기판(S)에 소스가스가 증착되는 것이 억제된다.
그런데, 기판(S)에 불안정하게 증착된 소스가스는 패턴(P)의 상면과 측면 상측 부위에 많이 존재하므로, 퍼지가스에 의하여 박리되는 소스가스의 대부분은 패턴(P)의 상면과 측면 상측 부위에 불안정하게 증착된 소스가스들이다. 그러면, 도 4c에 도시된 바와 같이, 패턴(P)의 상면, 패턴(P)의 측면 상측 부위, 패턴(P)의 측면 하측 부위 및 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)의 부위에 형성된 박막의 두께는 균일하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법은, 기판(S)의 상측에서 소스가스를 분사하여 기판(S)에 대하여 단차(段差)지게 형성된 패턴(P)을 덮는 형태로 소스가스를 기판(S)에 증착한다. 그리고, 산소를 함유한 제1반응가스를 기판(S)의 상측에서 하측으로 분사하면서 플라즈마 처리하여 소스가스가 기판(S)에 안정되게 증착되게 한다. 그 후, 소스가스를 기판(S)의 상측에서 분사하여 기판(S)에 증착한 다음, 수소를 함유한 제2반응가스를 기판(S)의 상측에서 하측으로 분사하면서 플라즈마 처리하여 소스가스가 기판(S)에 불안정하게 증착되게 한다. 그 후, 퍼지가스를 이용하여 기판(S)에 불안정하게 증착된 소스가스를 제거한다. 그런데, 소스가스 및 제2반응가스는 패턴(P)의 상면 및 패턴(P)의 측면 상측 부위에 많이 밀집되므로, 패턴(P)의 상면 및 패턴(P)의 측면 상측 부위에 머무르는 많은 양의 소스가스가 제2반응가스에 의하여 불안정한 상태로 패턴(P)의 상면 및 패턴(P)의 측면 상측 부위에 증착된다. 그러면, 패턴(P)의 상면 및 패턴(P)의 측면 상측 부위에 불안정하게 증착된 많은 양의 소스가스가 퍼지가스에 의하여 용이하게 제거되므로, 기판(S)에 대하여 단차(段差)지게 형성된 패턴(P)을 덮는 형태로 기판(S)에 박막을 형성하였을 때, 패턴(P)의 상면, 패턴(P)의 측면 및 패턴(P)과 패턴(P) 사이의 기판(S)의 부위에 형성된 박막의 두께가 균일할 수 있다. 즉, 패턴(P)의 측면측에 형성된 박막의 단차피복성(Step Coverage)이 향상될 수 있다.
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
141: 제1소스가스 분사부,
145: 제2소스가스 분사부
151: 제1반응가스 분사부
155: 제2반응가스 분사부
160: 퍼지가스 분사부
120: 기판지지부
141: 제1소스가스 분사부,
145: 제2소스가스 분사부
151: 제1반응가스 분사부
155: 제2반응가스 분사부
160: 퍼지가스 분사부
Claims (11)
- 내부에 기판이 처리되는 공간이 형성된 챔버;
상기 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며, 기판이 탑재 지지되는 기판지지부;
상기 챔버에 설치되며, 기판에 형성된 패턴을 덮는 형태로 기판에 증착되는 소스가스를 상기 챔버의 내부 제1영역으로 분사하는 제1소스가스 분사부;
상기 챔버에 설치되며, 상기 소스가스가 기판에 안정되게 증착되도록 상기 챔버의 내부 제2영역으로 산소를 함유한 반응가스를 분사하면서 13.56MHz ∼ 950MHz의 주파수로 플라즈마 처리하는 제1반응가스 분사부;
상기 챔버에 설치되며, 상기 소스가스가 기판에 불안정하게 증착되도록 상기 챔버의 내부 제4영역으로 수소를 함유한 반응가스를 분사하면서 450KHz ∼ 1MHz의 주파수로 플라즈마 처리하는 제2반응가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 챔버에 설치되며, 상기 제2영역과 상기 제4영역 사이인 상기 챔버의 내부 제3영역으로 상기 소스가스를 분사하는 제2소스가스 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제2항에 있어서,
상기 챔버에는 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이, 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이, 상기 제3영역과 상기 제4영역 사이 및 상기 제4영역과 상기 제1영역 사이로 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1영역과 상기 제2영역 사이, 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이, 상기 제3영역과 상기 제4영역 사이 및 상기 제4영역과 상기 제1영역 사이는 상기 퍼지가스에 의하여 각각 공간적으로 분리되고,
상기 퍼지가스는 기판에 불안정하게 증착된 상기 소스가스를 제거하여 상기 소스가스가 기판에 증착되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 소스가스는 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf) 및 실리콘 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 기판이 탑재 지지되는 기판지지부가 회전가능하게 설치된 챔버의 공간에서 소스가스와 제1반응가스와 제2반응가스의 반응을 이용하여 기판에 형성된 패턴을 덮는 형태로 박막을 증착하는 기판처리방법에 있어서,
기판에 증착되는 상기 소스가스를 상기 챔버의 제1영역으로 분사하는 공정;
상기 소스가스와 반응하여 기판에 상기 소스가스가 안정되게 증착되도록 하는 상기 제1반응가스를 상기 챔버의 제2영역으로 분사하는 공정;
상기 챔버의 제3영역으로 상기 소스가스를 분사하는 공정;
상기 소스가스가 기판에 불안정하게 증착되도록 하는 상기 제2반응가스를 상기 챔버의 제4영역으로 분사하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1영역과 상기 제2영역 사이, 상기 제2영역과 상기 제3영역 사이, 상기 제3영역과 상기 제4영역 사이 및 상기 제4영역과 상기 제1영역 사이를 공간적으로 각각 구획하는 퍼지가스를 분사하는 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 제7항에 있어서,
상기 퍼지가스는 기판에 불안정하게 증착된 상기 소스가스를 제거하여 상기 소스가스가 기판에 증착되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 제6항에 있어서,
상기 소스가스는 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 실리콘 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1반응가스는 산소를 함유한 반응가스이며, 13.56MHz ∼ 950MHz의 주파수에 의하여 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 제6항에 있어서,
상기 제2반응가스는 수소를 함유한 반응가스이며, 450KHz ∼ 1MHz의 주파수에 의하여 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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