KR20190087046A

KR20190087046A - 기판처리장치

Info

Publication number: KR20190087046A
Application number: KR1020180005345A
Authority: KR
Inventors: 김상훈; 곽재찬
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2019-07-24
Also published as: KR102461199B1

Abstract

본 발명은 기판처리장치를 개시하며, 챔버 내에 구성되며, 적어도 하나의 공정 대상이 상면에 로딩되고, 공정을 위하여 회전하는 서셉터(Susceptor); 상기 서셉트의 회전 중심을 기준으로 서로 마주하도록 상기 서셉터의 상부에 구성되며, 상기 서섭터의 상부를 제1 공간과 제2 공간으로 분할하는 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사 장치; 상기 제1 공간에 대응하는 상기 챔버의 제1 가장자리영역과 제1 중심영역의 소스가스를 각각 펌핑하는 소스가스 펌핑 장치; 및 상기 제2 공간에 대응하는 상기 챔버의 제2 가장자리영역과 제2 중심영역의 반응가스를 각각 펌핑하는 반응가스 펌핑 장치;를 포함한다.

Description

기판처리장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼와 같은 반도체 기판에 박막을 형성하는 공정을 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.

웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 박막이 소스가스와 반응가스를 이용하여 미세하고 균일한 두께를 가지며 스텝 커버리지 특성이 우수하도록 형성될 수 있다.

이 경우, 소스가스와 반응가스는 분리된 공간에서 각각 별도의 공정에 이용되어야 한다. 그러나, 소스가스와 반응가스의 펌핑이 원활하지 않은 경우, 소스가스와 반응가스의 혼합에 의한 CVD(Chemical Vapor Deposition, 이하 "CVD"라 함) 반응이 웨이퍼 상에 발생할 수 있다. 이러한 CVD 반응은 웨이퍼 상에 불균일한 두께의 박막이 증착되는 원인이 된다.

그리고, 박막은 동일 웨이퍼 상에서도 다양한 원인에 따라 위치에 따라서 불균일하게 형성될 수 있다

그러므로, 기판처리장치는 박막을 균일한 두께로 형성할 수 있도록 구조적인 개선이 요구되는 실정이다.

특허문헌 1: 한국등록특허 10-1452222(등록일 : 2014년 10월 13일, 명칭 : 원자층 증착 장치) 특허문헌 2: 한국등록특허 10-1084311(등록일 : 2011년 11월 10일, 명칭 : 원자층 증착 장치)

본 발명은 소스가스와 공정 가스의 펌핑 구조를 개선함으로써 SDP ALD에서 균일한 두꼐의 박막을 형성함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 SDP ALD에서 소스가스와 공정 가스의 펌핑 구조를 개선함으로써 소스가스와 반응가스의 혼합에 의한 불균일한 박막의 증착을 방지함을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 소스가스와 공정 가스의 펌핑 구조를 개선함으로써 웨이퍼의 위치 별 노출 시간 및 패턴 밀도의 차이로 인한 불균일한 박막의 증착을 방지함을 또다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 기판처리장치는, 챔버 내에 구성되며, 적어도 하나 이상의 기판이 상면에 로딩되는 서셉터(Susceptor); 상기 서셉트의 회전 중심을 기준으로 서로 마주하도록 상기 서셉터의 상부에 구성되며, 상기 서섭터의 상부를 제1 공간과 제2 공간으로 분할하는 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사 장치; 상기 제1 공간에 대응하는 상기 챔버의 제1 가장자리영역과 제1 중심영역의 소스가스를 각각 펌핑하는 소스가스 펌핑 장치; 및 상기 제2 공간에 대응하는 상기 챔버의 제2 가장자리영역과 제2 중심영역의 반응가스를 각각 펌핑하는 반응가스 펌핑 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 기판처리장치는, 챔버 내에 구성되며, 적어도 하나 이상의 기판이 상면에 로딩되는 서셉터(Susceptor); 상기 서셉트의 중심을 기준으로 상기 서셉터의 상부에 방사상으로 배치되며, 상기 서섭터의 상부를 제1 공간과 제2 공간으로 분할하는 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사 장치; 상기 서셉터의 상부 제1 공간에 소스가스를 분사하는 소스가스 분사 장치; 상기 서셉터의 상부 제2 공간에 반응가스를 분사하는 반응가스 분사 장치; 상기 제1 공간의 상기 챔버의 제1 가장자리영역를 배기하는 제1 패스트 배기라인; 상기 제1 공간의 상기 챔버의 중심부의 제1 중심영역을 배기하는 제1 슬로우 배기라인; 상기 제2 공간의 상기 챔버의 제2 가장자리영역을 배기하는 제2 패스트 배기라인; 및 상기 제2 공간의 상기 챔버의 중심부의 제2 중심영역을 배기하는 제2 슬로우 배기라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기판에 박막을 증착하기 위하여 분할된 공간에 분사된 소스가스와 반응가스가 각 공간 별 챔버의 가장자리영역과 중심 영역에서 펌핑되며 중심 영역의 소스가스와 공정 가스의 펌핑량을 각각 제어하는 펌핑 구조를 갖는다.

그러므로, 본 발명은 개선된 펌핑 구조에 의하여 균일한 두꼐의 박막을 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명은 소스가스와 반응가스의 혼합에 의한 불균일한 박막의 증착을 방지할 수 있고, 공정 대상인 웨이퍼의 위치 별 노출 시간 및 패턴 밀도의 차이로 인한 불균일한 박막의 증착을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기판처리장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 A-A 부분의 챔버 단면을 간략히 나타낸 단면도.
도 3은 웨이퍼의 위치에 따른 각속도 변화를 설명하는 도면.
도 4는 각속도의 변화에 따른 박막의 두께 변화를 도시한 그래프.
도 5는 웨이퍼의 위치에 따른 패턴 밀도의 차이를 설명하는 도면하기 위한 도면.
도 6은 패턴 밀도의 차이에 따른 박막의 두께 변화를 도시한 그래프.
도 7은 각속도의 변화와 패턴 밀도의 복합적인 차이로 인한 박막의 두께 변화를 도시한 그래프.

이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 박막의 형성을 위한 공정을 수행하는 기판처리장치의 서셉터 중심 영역에 대한 소스가스와 반응가스의 펌핑을 제어할 수 있는 개선된 펌핑 구조를 개시한다. 본 발명은 보다 바람직하게 플라즈마 원자층 증착(Space Divided Plasma Atomic Layer Deposition, 이하 "SDP ALD"라 함)에 의한 박막을 형성하는 기판처리장치에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의해 실시되는 기판처리장치의 챔버 내의 평면 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 기판처리장치의 챔버(100) 내의 서셉터(110)를 기준으로 하는 키트(Kit)들의 평면적인 배치 관계와 소스가스와 반응가스의 펌핑 구조를 이해할 수 있다.

그리고, 도 2는 도 1의 A-A 부분의 챔버 단면을 간략히 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하면, 챔버(100) 내부의 서셉터(110)와 키트들의 수직적 구조 및 챔버(100) 외부의 펌핑 구조를 이해할 수 있다.

이에, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 기판처리장치의 실시예에 대하여 설명한다.

챔버(100)는 내부에 서셉터(110), 퍼지키트들(120, 122), 리액턴트 키트들(130, 132), 플라즈마 키트(134), 소스키트들(140~144) 및 중심 퍼지키트(160)를 수용한다.

이 중, 서셉터(110)는 챔버(100) 내에 구성되며, 적어도 하나의 기판이 상면에 로딩되고, 공정을 위하여 회전하도록 구성된다. 본 발명의 설명을 위하여 기판은 웨이퍼(W)로 예시한다.

서셉터(110)는 원형 플레이트 또는 링형 플레이트과 같이 회전에 용이한 평면 구조를 가질 수 있으며 본 발명의 설명을 위하여 원형 플레이트로 예시한다. 상기한 구조의 서셉터(110)는 박막을 형성하는 공정을 위하여 하부의 회전축(112)을 중심으로 예시적으로 수평의 시계 방향으로 정속으로 회전할 수 있다. 회전축(112)은 서셉터(110)의 회전 중심에 위치하며, 모터(도시되지 않음)와 같은 회전 동력원의 회전력을 서셉터(110)로 전달하는 역할을 한다.

서셉터(110)는 복수의 웨이퍼(W)를 등각으로 이격된 위치들에 로딩할 수 있다. 이때, 웨이퍼(W)가 로딩되는 위치들의 이격 간격은 후술되는 퍼지키트들(120, 122), 리액턴트 키트들(130, 132), 플라즈마 키트(134)의 배치 간격을 고려하여 결정될 수 있다. 예시적으로, 웨이퍼(W)가 로딩되는 위치들의 이격 간격은 퍼지키트들(120, 122), 리액턴트 키트들(130, 132), 플라즈마 키트(134)의 배치 간격과 동일하게 결정될 수 있다.

챔버(100)는 서셉터(110)의 회전을 보장하기 위한 원통형 내부 공간을 갖는 것으로 이해될 수 있다.

서셉터(110)와 챔버(100)의 내벽 사이는 챔버(100)의 가장자리영역(105)으로 정의될 수 있다.

그리고, 퍼지키트들(120, 122)은 서셉트(100)의 회전 중심을 기준으로 서로 마주하도록 서셉터(100)의 상부에 구성된다. 퍼지키트들(120, 122)은 퍼지가스 분사 장치로 이해될 수 있으며, 퍼지가스를 분사하여서 회전하는 서셉터(100)의 상부를 제1 공간과 제2 공간으로 분할하는 퍼지 영역을 각각 형성한다.

퍼지키트들(120, 122)은 서셉터(110)를 향하는 저면에 퍼지 가스를 분사하는 분사 헤드들(도시되지 않음)을 구비할 수 있다. 퍼지가스가 분사되는 퍼지키트들(120, 122)의 하부 영역은 퍼지 영역으로 정의할 수 있다.

퍼지키트들(120, 122)의 사이에는 중심 퍼지키트(160)가 구성된다. 중심 퍼지키트(160)는 서셉터의 중심부에 퍼지가스를 분사하는 중심 퍼지가스 분사 장치로 이해될 수 있다. 상기한 중심 퍼지키트(160)는 서셉터(100)의 상기 회전 중심에 대응하며 서셉터(100)의 상부에 퍼지키트들(120, 122)과 열을 이루도록 구성된다. 중심 퍼지키트(160)도 서셉터(100)를 향하는 저면에 퍼지키트들(120, 122)과 열을 이루며 중심 퍼지영역의 형성을 위하여 하부로 퍼지가스를 분사하는 퍼지 헤드들(162)를 구비한다.

중심 퍼지키트(160)에 의하여 형성되는 중심 퍼지영역에 의하여 퍼지키트들(120, 122)에 의한 퍼지 영역들이 이어진다.

즉, 서셉터(110)의 상부 영역은 회전 중심을 가로지르며 열을 이루는 중심 퍼지키트(160)의 중심 퍼지영역과 퍼지키트들(120, 122)의 퍼지영역들에 의해 제1 공간과 제2 공간으로 분할된다. 제1 공간은 소스가스의 분사 및 펌핑이 이루어지는 공간으로 정의할 수 있고, 제2 공간은 반응가스의 분사 및 펌핑이 이루어지는 공간으로 정의할 수 있다.

상기한 중심 퍼지키트(160) 및 퍼지키트들(120, 122)의 구성에 의하여 서셉터(110) 상부의 제1 공간과 제2 공간은 분리되며, 제1 공간의 소스가스와 제2 공간의 반응가스의 혼합이 방지될 수 있다. 그러므로, 소스가스와 반응가스의 미세 CVD 결합에 의한 웨이퍼(W) 상의 불균일한 박막의 증착이 방지될 수 있다.

그리고, 중심 퍼지키트(160)는 서셉터(110)의 회전 중심에 대응하는 위치에 형성된다. 그러므로 중심 퍼지키트(160)의 하부는 서셉터(110)의 중심 영역 즉 챔버(100)의 중심 영역으로 정의할 수 있다.

중심 퍼지키트(160)는 서셉터(110)를 향하는 저면에 소스가스를 펌핑하기 중심 소스가스 배기구(164S) 및 반응가스를 펌핑하기 위한 중심 반응가스 배기구(164R)을 구비한다. 여기에서, 중심 소스가스 배기구(164S)와 중심 반응가스 배기구(164R)는 제1 중심영역 배기구 및 제2 중심영역 배기구로 이해될 수 있다.

중심 소스가스 배기구(164S)와 중심 반응가스 배기구(164R)는 열을 이루는 퍼지 헤드들(162)의 양측에 형성된다. 여기에서, 퍼지 헤드들(162)은 중심 퍼지가스 분사구들로 이해될 수 있다. 보다 구체적으로, 중심 소스가스 배기구(164S)는 중심 퍼지영역에 의해 구분되는 제1 영역 쪽에 배치되고, 중심 반응가스 배기구(164R)는 중심 퍼지영역에 의해 구분되는 제2 영역 쪽에 배치된다.

그러므로 중심 퍼지키트(160)의 하부가 챔버(100)의 중심 영역으로 정의되는 바를 참조하여, 중심 소스가스 배기구(164S)는 제1 중심 영역에 위치하고, 중심 반응가스 배기구(164R)는 제2 중심 영역에 위치한 것으로 이해될 수 있다.

한편, 서셉터(110)의 상부 영역 중, 제1 공간에는 소스가스를 분사하는 소스키트들(140, 142, 144)가 구성되고, 제2 공간에는 반응가스를 분사하는 리액턴트 키트들(130, 132) 및 공정 대상에 대한 플라즈마 처리를 수행하는 플라즈마 키트(134)가 구성된다. 본 발명은 실시예로서 3 개의 소스키트들, 2개의 리액턴트 키트 및 1 개의 플라즈마 키트가 구성된 것을 예시하였으나, 증착을 위한 박막의 두께나 재질 등을 고려하여 다양한 수로 소스키트, 리액턴트 키트 및 플라즈마 키트가 구성될 수 있다.

상기한 구성에서, 소스키트들(140, 142, 144)은 소스가스 공급라인(예시적으로 도 2의 143)을 통하여 공급되는 소스가스를 저면의 분사 헤드들을 통하여 서셉터(110) 상의 웨이퍼(W)로 분사하여서 소스가스를 웨이퍼(W) 상에 증착한다. 그리고, 리액턴트 키트들(130, 132)은 반응가스 공급라인(예시적으로 도 2의 133)을 통하여 공급되는 반응가스를 저면의 분사헤드들을 통하여 서셉터(110) 상의 웨이퍼(W)로 분사하여서 반응가스를 웨이퍼(W) 상에 증착한다. 그리고, 플라즈마 키트(134)는 하부에 의치한 서셉터(110)의 웨이퍼(W) 상부에 플라즈마를 형성함으로써 증착된 소스가스와 반응가스의 결합을 유도함으로써 박막을 형성한다.

서셉터(110)의 상부 영역에는 제1 공간과 제2 공간을 구분하는 퍼지키트들(120, 122), 제1 공간의 소스키트들(140, 142, 144) 및 제2 공간의 리액턴트 키트(130, 132) 및 플라즈마 키트(134)가 중앙 퍼지키트(160)를 중심으로 방사형으로 배치된다.

상기한 구성에 의하여, 서셉터(110)에 로딩된 웨이퍼(W)는 시계 방향으로 회전하면서 제1 공간의 소스키트들(140, 142, 144)과 제2 공간의 리액턴트 키트(130, 132) 및 플라즈마 키트(134)를 순차적으로 시계 방향으로 경유하며 박막을 증착한다. 상기와 같이 웨이퍼(W)에 박막을 증착하는 과정은 박막이 목적하는 두께로 증착될 때까지 미리 설정된 회수만큼 반복될 수 있다.

참고로, 소스가스가 분사되는 제1 공간의 소스키트들(140, 142, 144)을 경유하는 과정에서 웨이퍼(W)의 상부에 소스가스가 증착되고, 퍼지키트(122)를 지나면서 웨이퍼(W) 상의 불순물이 제거되며, 반응가스가 분사되는 제2 공간의 리액턴트 키트(130, 132)를 경유하는 과정에서 웨이퍼(W)의 상부에 반응가스가 추가 증착된다. 그 후 플라즈마 키트(134)를 경유하는 과정에서 증착된 소스가스 및 반응가스의 반응에 의해서 목적하는 박막이 형성될 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)는 추가 박막의 형성을 위하여 퍼지키트(120)을 경유하여 제1 공간으로 재 진입된다.

한편, 본 발명의 실시예는 소스가스 펌핑 장치 및 반응가스 펌핑 장치를 포함한다. 소스가스 펌핑 장치는 서셉터(110) 상부의 제1 공간에 대응하는 챔버(100)의 제1 가장자리영역과 제1 중심영역의 소스가스를 각각 펌핑한다. 그리고, 반응가스 펌핑 장치는 서셉터(110) 상부의 제2 공간에 대응하는 챔버(100)의 제2 가장자리영역과 제2 중심영역의 반응가스를 각각 펌핑한다.

상기한 소스가스 펌핑 장치 및 반응가스 펌핑 장치에 의해서, 본 발명은 박막의 증착을 위하여 분할된 제1 및 제2 공간에 분사된 소스가스와 반응가스를 각 공간 별 챔버의 가장자리영역과 중심 영역에서 펌핑하고, 중심 영역의 소스가스와 공정 가스의 펌핑량을 각각 제어할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기한 소스가스 펌핑 장치 및 반응가스 펌핑 장치에 의해서 소스가스와 반응가스의 혼합에 의한 불균일한 박막의 증착을 방지할 수 있고, 공정 대상인 웨이퍼의 위치 별 노출 시간 및 패턴 밀도의 차이로 인한 불균일한 박막의 증착을 방지할 수 있다.

본 발명에서 서셉터(110)의 제1 공간에 대응하는 챔버(100)의 가장자리영역(105)에는 소스가스 배기구(150SE)가 형성되며, 서셉터(110)의 제2 공간에 대응하는 챔버(100)의 가장자리영역(105)에는 반응가스 배기구(150RE)가 형성된다. 본 발명의 실시예로서 제1 공간과 제2 공간의 가장자리영역(105)은 챔버(100)의 측벽과 서셉터(110) 사이로 정의될 수 있다.

챔버(100)는 제1 공간과 제2 공간의 가장자리영역(105)의 하부에 각각 소스가스를 펌핑하기 위한 가장자리영역 소스가스 배기구(150SE)와 반응가스를 펌핑하기 위한 가장자리영역 반응가스 배기구(150RE)를 구비한다. 즉, 소스가스 배기구(150SE)와 반응가스 배기구(150RE)는 제1 공간배기구와 제2 공간배기구로 이해될 수 있다.

그리고, 중심 퍼지키트(160)에는 상술한 바와 같이 중심 소스가스 배기구(164S) 및 중심 반응가스 배기구(164R)가 구성된다.

상기한 구성을 기초로, 소스가스 펌핑 장치는 소스가스 펌프(154S), 서셉터(110)의 제1 공간에 대응하는 챔버(100)의 가장자리영역(105)에 형성된 가장자리영역 소스가스 배기구(150SE)와 소스가스 펌프(154S)를 연결하는 소스가스 배기 라인(156S), 중심 퍼지키트(160)의 제1 중심 영역에 형성된 중심 소스가스 배기구(164S)와 소스가스 배기 라인(156S)을 연결하는 소스가스 배기 라인(158S) 및 소스가스 배기 라인(158S)에 구성되어서 펌핑량을 제어하는 미터링 밸브(152S)를 구비한다.

또한, 반응가스 펌핑 장치는 반응가스 펌프(154R), 서셉터(110)의 제2 공간에 대응하는 챔버(100)의 가장자리영역(105)에 형성된 가장자리영역 반응가스 배기구(150RE)와 반응가스 펌프(154R)를 연결하는 반응가스 배기 라인(156R), 중심 퍼지키트(160)의 제2 중심 영역에 형성된 중심 반응가스 배기구(164R)와 반응가스 배기 라인(156R)을 연결하는 반응가스 배기 라인(158R) 및 반응가스 배기 라인(158R)에 구성되어서 펌핑량을 제어하는 미터링 밸브(152R)를 구비한다.

상기한 바에서 미터링 밸브(152S, 152R)는 유량제어기를 예시한 것이며, 유량제어기는 온/오프(ON/OFF) 밸브 및 게이트 밸브 등으로 구성될 수 있다.

상기와 같이 소스가스 펌핑 장치는 중심 소스가스 배기구(164S)와 소스가스 펌프(154S)가 소스가스 배기 라인(158S)을 통하여 연결되고 가장자리영역 소스가스 배기구(150SE)와 소스가스 펌프(154S)가 소스가스 배기 라인(156S)을 통하여 연결된다.

그러므로, 소스가스 펌프(154S)가 펌핑을 개시하면, 서셉터(110)의 제1 공간에 대응하는 챔버(100)의 가장자리영역(105)의 소스가스가 가장자리영역 소스가스 배기구(150SE)와 소스가스 배기 라인(156S)을 통하여 배기된다. 또한, 서셉터(110)의 제1 공간에 대응하는 챔버(100)의 제1 중심 영역의 소스가스는 중심 소스가스 배기구(164S), 소스가스 배기 라인(158S) 및 미터링 밸브(152S)를 통하여 배기된다. 이때, 미터링 밸브(152S)의 펌핑량은 매뉴얼 방식 또는 제어판(도시되지 않음)을 통한 전자 제어 방식으로 조절될 수 있다. 그러므로, 서셉터(110)의 제1 공간에 대응하는 챔버(100)의 제1 중심 영역의 소스가스의 펌핑량은 균일한 두께의 박막을 형성하기 위한 적절한 레벨로 조절될 수 있다.

또한 반응가스 펌핑 장치는 중심 반응가스 배기구(164R)와 반응가스 펌프(154R)가 반응가스 배기 라인(158R)을 통하여 연결되고 가장자리영역 반응가스 배기구(150RE)와 반응가스 펌프(154R)가 반응가스 배기 라인(156R)을 통하여 연결된다.

그러므로, 반응가스 펌프(154R)가 펌핑을 개시하면, 서셉터(110)의 제2 공간에 대응하는 챔버(100)의 가장자리영역(105)의 소스가스가 가장자리영역 반응가스 배기구(150RE)와 반응가스 배기 라인(156R)을 통하여 배기된다. 또한, 서셉터(110)의 제2 공간에 대응하는 챔버(100)의 제2 중심 영역의 반응가스는 중심 반응가스 배기구(164R), 반응가스 배기 라인(158R) 및 미터링 밸브(152R)를 통하여 배기된다. 이때, 미터링 밸브(152R)의 펌핑량은 매뉴얼 방식 또는 제어판(도시되지 않음)을 통한 전자 제어 방식으로 조절될 수 있다. 그러므로, 서셉터(110)의 제2 공간에 대응하는 챔버(100)의 제2 중심 영역의 반응가스의 펌핑량은 균일한 두께의 박막을 형성하기 위한 적절한 레벨로 조절될 수 있다.

상기한 구성에서, 가장자리영역 소스가스 배기구(150SE)에 연결된 소스가스 배기 라인(156S)과 가장자리영역 반응가스 배기구(150RE)에 연결된 반응가스 배기 라인(156R)은 빠르게 가장자리영역을 배기하는 패스트 배기라인으로 이해될 수 있다. 이와 반대로, 중심 소스가스 배기구(164S)에 연결된 소스가스 배기 라인(158S)과 가장자리영역 반응가스 배기구(150RE)에 연결된 반응가스 배기 라인(158R)은 가장자리영역보다 느리게 배기하는 슬로우 배기라인으로 이해될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 의해 박막 공정에 의해 형성되는 웨이퍼(W) 상의 박막의 두께는 도 3 내지 도 7의 설명과 같이 제어될 수 있다.

도 3은 웨이퍼의 위치에 따른 각속도 변화를 설명하는 도면이고, 도 4는 각속도의 변화에 따른 박막의 두께 변화를 도시한 그래프이다.

SDP ALD 증착을 위해 회전하는 서셉터(110)의 회전에 의한 웨이퍼(W) 상의 각 위치 TP, CP, BP 별 각속도는 상이하다. 즉, 각 위치 TP, CP, BP 별로 노출시간(Exposure Time)의 차이가 발생한다. 여기에서 각 위치 TP, CP, BP 의 순서대로 서셉터(110)의 회전 중심에서 가까우며, 위치 CP는 웨이퍼(W)의 중심을 의미한다.

SDP ALD 증착 공정을 진행할 때 도 3과 같이 웨이퍼(W)가 서셉터(110)의 중심을 기준으로 시계방향(CW)으로 회전하면, 각 위치 TP, CP, BP의 각속도는 서셉터(110)의 회전 중심에서 멀수록 높아진다. 그러나, 박막 공정을 위해 웨이퍼(W)의 각 위치 TP, CP, BP 별 노출시간은 각속도의 증가에 반비례한다.

도 4는 웨이퍼의 위치에 따른 각속도 차이에 의한 박막의 두께(THK) 변화를 예시한다. 도 4에서, THK Trend는 본 발명의 실시예를 적용하지 않은 경우를 예시한 것이고, Ideal THK는 본 발명의 실시예를 적용한 경우를 예시한 것이다. 도 4를 참조하면, 웨이퍼(W)의 각 위치 TP, CP, BP 별 노출시간은 각속도의 증가에 반비례함을 알 수 있다.

즉, 본 발명은 도 4의 THK Trend와 같이 박막의 두께의 균일성이 불량한 경우, 미터링 밸브들(152R, 152S)을 조절함으로써 서셉터(110)의 제1 공간의 제1 중심 영역의 소스가스와 서셉터(110)의 제2 공간의 제2 중심 영역의 반응가스의 펌핑량을 증가시킬 수 있다. 이때 중심 영역의 펌핑량은 가장자리영역의 펌핑력을 감안하여 상대적으로 조절함이 바람직하다. 그 결과, 소스가스와 반응가스의 혼합에 의한 불균일한 박막의 증착을 방지할 수 있고, 공정 대상인 웨이퍼의 위치 별 노출 시간을 균일화함에 의해 불균일한 박막의 증착을 방지할 수 있다.

한편, 도 5는 웨이퍼의 위치에 따른 패턴 밀도의 차이를 설명하는 도면이고, 도 6은 패턴 밀도의 차이에 따른 박막의 두께 변화를 도시한 그래프이다.

각 위치 TP, CP, BP 별로 웨이퍼(W)의 증착할 표면적 즉 패턴 밀도(Pattern Density)를 비교하면, 패턴 밀도는 웨이퍼(W)의 중심인 위치 CP가 가장 높고 웨이퍼(W)의 측면인 위치 TP, BP에 가까울수록 낮아진다. 그러므로, 본 발명의 실시예를 적용하지 않은 경우 위치별 증착량(THK Trend)은 웨이퍼(W)의 중심인 위치 CP가 가장 높고 웨이퍼(W)의 측면인 위치 TP, BP에 가까울수록 낮아진다.

본 발명은 도 6의 THK Trend와 같이 패턴 밀도에 의해서 박막의 두께의 균일성이 불량한 경우, 미터링 밸브들(152R, 152S)을 조절함으로써 서셉터(110)의 제1 공간의 제1 중심 영역의 소스가스와 서셉터(110)의 제2 공간의 제2 중심 영역의 반응가스의 펌핑량을 조절할 수 있다. 이때 중심 영역의 펌핑량은 가장자리영역의 펌핑력을 감안하여 상대적으로 조절함이 바람직하다. 그 결과, 패턴 밀도의 차이로 인한 불균일한 박막의 증착을 방지할 수 있다.

그리고, 도 7은 각속도의 변화와 패턴 밀도의 복합적인 차이로 인한 박막의 두께 변화를 도시한 그래프이다. 도 7은 도 3 내지 도 6의 각속도 차이에 의한 노출 시간의 차이와 패턴 밀도의 차이를 본 발명에 의해 조절함으로써 THK Trend와 같이 불균일한 박막의 두께가 Ideal THK로 조절될 수 있다.

본 발명에 의하면 패턴 웨이퍼의 모든 부위에 걸쳐 우수한 스텝 커버리지(Step Coverage)를 확보할 수 있고 실제 양산공정에서 생산능력 손실(Capa Loss)을 절감시킬 수 있다.

또한 패턴 웨이퍼 상부의 펌핑력을 강화할 수 있으므로 미세한 CVD 반응을 방지하고 반응 가스의 정체를 해소할 수 있다. 즉, 순수 ALD 반응을 촉진시켜 우수한 막질 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 챔버 110 : 서셉터
120, 122 : 퍼지키트 130, 132 : 리액턴트키트
134 : 플라즈마키트 140~144 : 소스키트
150RE : 가장자리 반응가스 배기구
150SE : 가장자리 소스가스 배기구
152R, 152S : 미터링 밸브 154R : 반응가스 배기펌프
154S : 소스가스 배기펌프 160 : 중심 퍼지키트
162 : 퍼지헤드 164R : 중심 반응가스 배기구
164S : 중심 소스가스 배기구

Claims

챔버 내에 구성되며, 적어도 하나 이상의 기판이 상면에 로딩되는 서셉터(Susceptor);
상기 서셉트의 회전 중심을 기준으로 서로 마주하도록 상기 서셉터의 상부에 구성되며, 상기 서섭터의 상부를 제1 공간과 제2 공간으로 분할하는 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사 장치;
상기 제1 공간에 대응하는 상기 챔버의 제1 가장자리영역과 제1 중심영역의 소스가스를 각각 펌핑하는 소스가스 펌핑 장치; 및
상기 제2 공간에 대응하는 상기 챔버의 제2 가장자리영역과 제2 중심영역의 반응가스를 각각 펌핑하는 반응가스 펌핑 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1 항에 있어서,
상기 서셉터의 중심부에 상기 퍼지가스를 분사하는 중심 퍼지가스 분사 장치를 더 포함하며,
상기 중심 퍼지가스 분사 장치는,
상기 제1 공간의 제1 중심 영역을 펌핑하기 위한 제1 중심영역배기구;
상기 제2 공간의 제2 중심 영역을 펌핑하기 위한 제2 중심영역배기구; 및
상기 제1 중심영역배기구와 상기 제2 중심영역배기구 사이에 형성되어 퍼지가스를 분사하는 복수의 중심 퍼지가스 분사구;를 포함하는 기판처리장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 공간의 상기 제1 가장자리영역과 상기 제2 공간의 상기 제2 가장자리영역은 상기 챔버의 측벽과 상기 서셉터의 사이로 정의되며,
상기 챔버는
상기 제1 공간의 제1 가장자리영역의 하부에 제1 공간배기구와
상기 제2 공간의 제2 가장자리영역의 하부에 제2 공간배기구를 더 포함하는 기판처리장치.
제3 항에 있어서,
상기 제1 펌핑 장치는
제1 펌프를 포함하며,
상기 제1 중심영역 배기구와 제1 중심영역 배기라인을 통하여 연결되고,
상기 제1 공간배기구와 제1 배기라인을 통하여 연결되며,
상기 제1 중심영역 배기라인의 배기유량을 제어하는 제1 유량제어기
를 포함하고,
상기 제2 펌핑 장치는
제2 펌프를 포함하며,
상기 제2 중심영역 배기구와 제2 중심영역 배기라인을 통하여 연결되고,
상기 제2 공간배기구와 제2 배기라인을 통하여 연결되며,
상기 제2 중심영역 배기라인의 배기유량을 제어하는 제2 유량제어기
를 포함하는 기판처리장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 펌핑 장치는 상기 제1 중심영역의 펌핑량을 제어하는 제1 유량제어기를 포함하고,
상기 제2 펌핑 장치는 상기 제2 중심영역의 펌핑량을 제어하는 제2 유량제어기를 포함하는 기판처리장치.
챔버 내에 구성되며, 적어도 하나 이상의 기판이 상면에 로딩되는 서셉터(Susceptor);
상기 서셉트의 중심을 기준으로 상기 서셉터의 상부에 방사상으로 배치되며, 상기 서섭터의 상부를 제1 공간과 제2 공간으로 분할하는 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사 장치;
상기 서셉터의 상부 제1 공간에 소스가스를 분사하는 소스가스 분사 장치;
상기 서셉터의 상부 제2 공간에 반응가스를 분사하는 반응가스 분사 장치;
상기 제1 공간의 상기 챔버의 제1 가장자리영역를 배기하는 제1 패스트 배기라인;
상기 제1 공간의 상기 챔버의 중심부의 제1 중심영역을 배기하는 제1 슬로우 배기라인;
상기 제2 공간의 상기 챔버의 제2 가장자리영역을 배기하는 제2 패스트 배기라인; 및
상기 제2 공간의 상기 챔버의 중심부의 제2 중심영역을 배기하는 제2 슬로우 배기라인;을
포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제6 항에 있어서,
상기 서셉터의 중심부에 상기 퍼지가스를 분사하는 중심 퍼지가스 분사장치를 더 포함하며,
상기 중심 퍼지가스 분사장치는
상기 제1 슬로우 배기라인과 상기 제2 슬로우 배기라인을 포함하며,
상기 제1 슬로우 배기라인과 상기 제2 슬로우 배기라인 사이에 형성되어 상기 퍼지가스를 분사하는 복수의 중심 퍼지가스 분사구;를
포함하는 기판처리장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 슬로우 배기라인은 배기유량을 조절하기 위한 제1 유량제어기를 포함하고,
상기 제2 슬로우 배기라인은 배기유량을 조절하기 위한 제2 유량제어기
를 포함하는 기판처리장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 패스트 배기라인과 상기 제1 슬로우 배기라인은 제1 펌프에 연결되고,
상기 제2 패스트 배기라인과 상기 제2 슬로우 배기라인은 제2 펌프에 연결되는 것을
특징으로 하는 기판처리장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 공간에서 상기 제1 슬로우 배기라인으로 배기된 가스와
상기 제2 공간에서 상기 제2 슬로우 배기라인으로 배기된 가스는
각각 별도의 펌프에 의해서 배기되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 패스트 배기라인과 상기 제1 슬로우 배기라인의 배기를 제어하는 제1 배기제어부와
상기 제2 패스트 배기라인과 상기 제2 슬로우 배기라인의 배기를 제어하는 제2 배기제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.