KR20210076736A - 박막 형성 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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양준호
조건희
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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 박막 형성 방법은, 기판이 안착되는 기판 지지대 및 상기 기판 지지대 상으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하는 공정 챔버를 상기 기판 지지대를 세정 온도에서 유지하면서 세정하는 단계와, 상기 기판 지지대를 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온하면서 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급하는 단계와, 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온되는 중에 상기 공정 챔버 내에 프리코팅층을 형성하는 단계와, 상기 기판 지지대를 상기 공정 온도로 유지한 상태에서, 상기 기판 지지대 상에 상기 기판을 안착시키고, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

박막 형성 방법 및 기판 처리 장치{Method of forming thin film and Apparatus for processing substrate}
본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 박막 형성 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 박막은 다양한 기상 증착 방법 등에 의하여 반도체 기판 상에 형성된다. 이러한 방법을 수행하기 위한 박막 증착 장치는 통상적으로, 챔버와, 챔버 내부에 각종 가스를 공급하는 가스 라인과, 챔버 내부로 각종 가스를 분사하는 가스 분사부와, 기판을 안착시키기 위한 기판 지지대를 포함한다.
박막 증착 장치를 이용하여 박막 형성 공정을 진행하는 동안에, 박막 형성 처리시에 생성되는 반응 생성물은 박막의 표면뿐만 아니라, 챔버 내부 표면에도 퇴적된다. 반도체 양산용 박막 증착 장치는 많은 양의 반도체 기판을 처리하기 때문에 챔버 내부에 반응 생성물이 부착된 상태에서 박막 형성 처리를 계속하면, 반응 생성물이 박리되어 파티클(particle)이 발생된다.
이러한 파티클은 증착 공정의 불량을 야기하고 반도체 기판에 부착되어 반도체 소자의 수율을 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 일정 시간 또는 일정 매수의 반도체 기판 증착 공정이 종료된 후에는 챔버 내부를 세정하여야 한다. 그러나, 세정(cleaning) 공정 이후에 잔류하는 세정 가스를 효과적으로 제거하지 못하면 기판에 차징(charging)을 유발하고 기판 상에 파티클을 유도하는 문제점이 발생한다.
아울러, 세정 후 공정 챔버 조건이 변경되어 박막 형성 조건이 발생되는 문제가 발생되기 때문에, 세정 후 공정 챔버 내에 프리코팅층(pre-coating layer)을 형성한다. 공정 챔버의 세정은 라디칼(radical)에 의한 공정 챔버의 손상 등의 문제를 고려하여 박막의 증착 온도보다 낮은 온도에서 수행된다. 이 경우, 공정 처리 온도가 증가하고, 프리코팅층 형성이 불량해져 공정 처리 중 기판 슬라이딩이 발생될 수 있다.
1. 한국공개특허 제10-2009-0125173호(공개일: 2009년12월03일)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 박막 형성 시 공정 챔버의 전처리 조건을 최적화하여 기판 슬라이딩을 방지하면서 생산성을 높일 수 있는 박막 형성 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 박막 형성 방법은, 기판이 안착되는 기판 지지대 및 상기 기판 지지대 상으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하는 공정 챔버를 상기 기판 지지대를 세정 온도에서 유지하면서 세정하는 단계와, 상기 기판 지지대를 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온하면서 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급하는 단계와, 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온되는 중에 상기 공정 챔버 내에 프리코팅층을 형성하는 단계와, 상기 기판 지지대를 상기 공정 온도로 유지한 상태에서, 상기 기판 지지대 상에 상기 기판을 안착시키고, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 프리코팅층을 형성하는 단계는 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도보다 높고 상기 공정 온도보다 낮은 시작 온도에 도달한 후부터 상기 기판 지지대가 상기 공정 온도에 도달한 후 소정 시간 경과되기까지 진행될 수 있다.
상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 시작 온도는 상기 세정 온도와 상기 공정 온도의 중간보다 낮은 온도일 수 있다.
상기 박막 형성 방법에 따르면, 상기 프리코팅층은 적어도 실리콘 산화층을 포함하고, 상기 실리콘 산화층은 SiH4 소스를 이용하여 플라즈마 화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 한정하는 공정 챔버와, 상부에 기판이 안착되도록 상기 공정 챔버에 설치되는 기판 지지대와, 상기 처리 공간 내 상기 기판 지지대 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 분사부와, 상기 공정 챔버 내 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 전력을 공급하도록 상기 가스 공급부에 연결된 플라즈마 전원부와, 상기 기판 지지대 상에 안착된 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 수행하도록 공정 조건을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 기판 지지대 상에 상기 기판을 안착하기 전에, 상기 기판 지지대를 세정 온도에서 유지하면서 세정한 후 상기 기판 지지대를 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온하면서 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급고, 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온되는 중에 상기 공정 챔버 내에 프리코팅층을 형성하도록 상기 공정 조건을 제어한다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 제어부는 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도보다 높고 상기 공정 온도보다 낮은 시작 온도에 도달한 후부터 상기 기판 지지대가 상기 공정 온도에 도달한 후 소정 시간 경과되기까지 상기 프리코팅층을 형성하도록 상기 공정 조건을 제어할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 제어부는 상기 시작 온도가 상기 세정 온도와 상기 공정 온도의 중간보다 낮은 온도가 되도록 상기 기판 지지대의 온도를 제어할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사전 처리 조건을 최적화하여 생산성을 높이면서도 균일한 박막을 형성할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에 이용되는 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법을 개략적으로 보여주는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에서 있어서 시간에 따른 기판 지지대의 온도 제어를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에서 프리코팅층 형성 공정을 보여주는 단면도이다.
도 5는 비교예들과 본 발명의 일 실험예에 따라 형성된 박막 두께 맵을 보여주는 그림이다.
도 6은 프리코팅층 형성 온도에 따른 기판 위치 신호를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에 이용되는 기판 처리 장치(100)의 일 예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 가스 분사부(120), 및 기판 지지대(130)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(110)는 내부에 처리 공간(112)을 한정할 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)는 기밀을 유지하도록 구성되며, 처리 공간(112) 내 공정 가스를 배출하고 처리 공간(112) 내 진공도를 조절하도록 배기 포트를 통해서 진공 챔버(미도시)에 연결될 수 있다. 공정 챔버(110)는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 예컨대 처리 공간(112)을 한정하는 측벽부와 측벽부 상단에 위치하는 덮개부를 포함할 수 있다.
가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 외부로부터 공급된 공정 가스를 처리 공간(112)으로 공급하도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 기판 지지대(130) 상에 안착된 기판(S)에 공정 가스를 분사하도록 공정 챔버(110)의 상부에 기판 지지대(130)에 대항되게 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 외부로부터 공정 가스를 공급받기 위해 상측 또는 측부에 형성된 적어도 하나의 유입홀과, 기판(S) 상에 공정 가스를 분사하기 위해서 기판(S)을 바라보는 하방으로 형성된 복수의 분사홀들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 가스 분사부(120)는 샤워 헤드(shower head) 형태, 노즐(nozzle) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 가스 분사부(120)가 샤워 헤드 형태인 경우, 가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 상부를 부분적으로 덮는 형태로 공정 챔버(110)의 일부분이 될 수도 있다.
기판 지지대(130)는 그 상부에 기판(S)이 안착되도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(130)는 가스 분사부(120)에 대향되게 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 나아가, 기판 지지대(130)는 그 내부에 기판(S)을 가열하기 위한 히터(175)를 포함할 수 있다. 히터 전원부(180)는 히터(175)에 전력을 인가하도록 히터(175)에 연결될 수 있다.
기판 지지대(130)의 형상은 대체로 기판(S)의 모양에 대응되나 이에 한정되지 않고 기판(S)을 안정적으로 안착시킬 수 있도록 기판(S)보다 크게 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 일 예에서, 기판 지지대(130)는 승하강이 가능하도록 외부 모터(미도시)에 연결될 수 있으며, 이 경우 기밀 유지를 위하여 벨로우즈관(미도시)이 연결될 수도 있다. 나아가, 기판 지지대(130)는 그 위에 기판(S)을 안치하도록 구성되기 때문에, 기판 안착부, 서셉터 등으로 불릴 수도 있다.
나아가, 플라즈마 전원부(140)는 공정 챔버(110) 내부로 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 전력을 공급하도록 가스 분사부(120)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전원부(140)는 공정 챔버(110)에 적어도 하나의 RF(radio frequency) 전력을 인가하도록 적어도 하나의 RF 전원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전원부(140)는 가스 분사부(120)에 RF 전력을 인가하도록 연결될 수 있다. 이 경우, 가스 분사부(120)는 전원 공급 전극 또는 상부 전극으로 불릴 수도 있다.
플라즈마 전원부(140) 내 RF 전원은 하나 또는 복수개일 수 있다. 예를 들어, RF 전원은 공정 조건에 따른 플라즈마 환경 제어를 위하여 제 1 주파수 대역의 제 1 RF 전원(142) 및 제 1 주파수 대역보다 큰 제 2 주파수 대역의 제 2 RF 전원(144)을 포함할 수 있다. 제 1 RF 전원(142) 및 제 2 RF 전원(144)으로 구성되는 듀얼 주파수 전원은 공정 조건에 따라서 또는 공정 스텝에 따라서 주파수 대역을 달리할 수 있어서 공정을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 플라즈마 전원부(140)의 전원이 두 개의 RF 전원들(142, 144)인 것으로 도시되었으나, 두 개의 RF 전원 중 어느 하나만 인가될 수도 있다. 도 1은 예시적인 것으로서 본 발명의 범위가 이에 제한되지는 않는다.
이러한 플라즈마 전원부(140)의 일 예에서, 제 1 RF 전원(142)은 제 1 주파수 대역이 적어도 450 kHz를 포함하는 저주파(low frequency, LF) 전원이고, 제 2 RF 전원(144)은 제 2 주파수 대역이 적어도 13.56 MHz를 포함하는 고주파(high frequency, HF) 전원일 수 있다.
보다 구체적으로, 고주파(HF) 전원은 넓게는 5 MHz 내지 60 MHz 범위, 좁게는 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 저주파(LF) 전원은 넓게는 100 kHz 내지 5 MHz, 좁게는 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 주파수 대역은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz 의 주파수 범위를 가지며, 제 1 주파수 대역은 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위를 가질 수 있다.
부가적으로, 임피던스 매칭부(146)는 RF 전원과 공정 챔버(110) 사이의 임피던스 매칭을 위하여 플라즈마 전원부(140) 및 가스 분사부(120) 사이에 배치될 수 있다. 플라즈마 전원부(140)에서 공급된 RF 전력은 플라즈마 전원부(140)와 공정 챔버(110) 사이에서 임피던스 매칭부(146)를 통해서 적절하게 임피던스 매칭이 되어야 공정 챔버(110)에서 반사되서 되돌아오지 않고 공정 챔버(110)로 효과적으로 전달될 수 있다.
통상적으로는 플라즈마 전원부(140)의 임피던스가 고정되어 있고, 공정 챔버(110)의 임피던스가 일정하지 않기 때문에 공정 챔버(110)의 임피던스와 플라즈마 전원부(140)의 임피던스를 맞추도록 임피던스 매칭부(146)의 임피던스가 정해질 수 있지만, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
임피던스 매칭부(146)는 저항, 인덕터 및 커패시터의 군에서 선택된 둘 또는 그 이상의 직렬 또는 병렬 조합으로 구성될 수 있다. 나아가, 임피던스 매칭부(146)는 RF 전력의 주파수와 공정 조건에 따라서 그 임피던스 값이 가변될 수 있도록 적어도 하나의 가변 커패시터 또는 커패시터 어레이 스위칭 구조를 채택할 수 있다.
일부 실시예에서 임피던스 매칭부(146)는 플라즈마 전원부(140)에 직렬 연결된 튠 커패시터(tune capacitor), 플라즈마 전원부(140)에 병렬 연결된 로드 커패시터(load capacitor) 및/또는 플라즈마 전원부(140)에 직렬 연결된 인덕터(inductor)를 포함할 수 있다. 튠 커패시터(tune capacitor) 및 로드 커패시터(load capacitor)는 임피던스 매칭을 위하여 그 임피던스 값이 가변될 수 있다.
선택적으로, 기판 지지대(130)는 기판(S)에 정전기력을 인가하여 그 상부에 고정하기 위해서 정전 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 정전 전극은 정전력 전원 공급부로부터 DC 전력을 공급받을 수 있다.
나아가, 기판 지지대(130)는 내부에 히터(175)를 포함할 수 있고, 히터 전원부(180)는 히터(175)에 AC 전력을 인가하도록 히터(175)에 연결될 수 있다. 선택적으로, RF 필터가 히터 전원부(180)와 히터(170) 사이에 연결되어, 히터 전원부(180)의 AC 전력과 히터(175) 사이의 임피던스 매칭 기능을 수행할 수 있다.
제어부(170)는 전술한 기판 처리 장치(100)의 동작을 전체적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 임피던스 매칭부(146)의 임피던스값을 제어하거나, 기판 지지대(130)의 높이를 제어하거나, 플라즈마 전원부(140) 및 히터 전원부(180)의 온/오프를 제어하거나, 또는 가스 분사부(120)로의 공정 가스의 공급을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는 기판 지지대(130) 상에 기판(S)을 안착하기 전에, 기판 지지대(130)를 세정 온도에서 유지하면서 세정한 후 기판 지지대(130)를 세정 온도에서 공정 온도로 승온하고, 기판 지지대(130)가 세정 온도에서 공정 온도로 승온되기 시작한 후에 공정 챔버(110) 내에 프리코팅층을 형성하도록 상기 공정 조건을 제어할 수 있다.
예를 들어, 이 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD 장치로 이용될 수 있다. 이 실시예의 기판 처리 장치(100)는 PECVD 장치에 대한 예시적인 구조이고, 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는 도 1의 기판 처리 장치(100)를 이용한 박막 형성 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법을 개략적으로 보여주는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법은 공정 챔버(110)를 세정하는 단계(S10), 공정 챔버(110)에 퍼지 가스를 공급하는 단계(S20) 및 공정 챔버(110) 내에 프리코팅층(도 4의 50)을 형성하는 단계(S30) 및 기판(S) 상에 박막을 형성하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
이하에서는 각 공정 단계를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에서 있어서 시간에 따른 기판 지지대의 온도 제어를 보여주는 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법에서 프리코팅층 형성 공정을 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 같이 참조하면, 공정 챔버(110)를 세정하는 단계(S10) 전에 기판 지지대(130)의 온도를 그 전의 온도, 예컨대 공정 온도(T3)에서 세정 온도(T1)로 제 1 시간 동안(t1) 하향시킬 수 있다. 이러한 기판 지지대(130)의 온도 하향 동안, 공정 챔버(110) 내에는 퍼지 가스가 공급될 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)를 통해서 퍼지 가스로 불활성 가스를 공급할 수 있다.
이어서, 공정 챔버(110)를 세정하는 단계(S10)에서, 제어부(170)는 기판 지지대(130)를 세정 온도(T1)에서 유지하면서 가스 분사부(120)를 통해서 공정 챔버(110) 내로 제 2 시간(t2) 동안 세정 가스를 분사할 수 있다.
공정 챔버(110)를 세정하는 단계(S10)는 공정 챔버(110) 내로 기판(S)이 로딩되지 않은 상태에서 공정 챔버(110) 내, 예컨대 기판 지지대(130), 가스 분사부(120), 및/또는 내벽 상에 형성된 증착물 또는 반응 부산물을 제거하기 위해서 수행될 수 있다.
예를 들어, 공정 챔버(110)를 세정하는 단계(S10)는 불소(F) 및 염소(Cl) 성분 중 어느 하나를 함유하는 세정 가스의 플라즈마를 이용하여 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 공정 챔버(110)를 세정하는 단계(S10)는 공정 챔버(110) 내에서 직접 플라즈마(direct plasma)를 이용한 세정 단계 및 공정 챔버(110) 외부에서 라디칼을 생성하여 공정 챔버(110)로 공급하는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용한 세정 단계의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
공정 챔버(110)에 퍼지 가스를 공급하는 단계(S20)는 공정 챔버(110)의 세정 중 생성된 부산물을 퍼지하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 이 단계(S20)에서 퍼지 가스는 불활성 가스, 예컨대 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.
퍼지 가스를 공급하는 단계(S20)는 기판 지지대(130)를 승온하면서 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(130)는 세정 온도(T1)에서 공정 온도(T3)로 승온될 수 있다. 세정 온도(T1)는 세정 가스에 의한 공정 챔버(110)의 부식 또는 침식 등의 손상을 줄이기 위해서 공정 온도(T3)보다는 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 따라서, 공정 챔버(110)를 세정하는 단계(S10) 전후로 기판 지지대(130)의 온도를 하향하거나 승온하는 단계가 부가될 수 있다.
공정 챔버(110) 내에 프리코팅층(50)을 형성하는 단계(S30)는 기판 지지대(130)가 세정 온도(T1)에서 공정 온도(T3)로 승온되는 중에 진행될 수 있다. 예를 들어, 프리코팅층(50)을 형성하는 단계(S30)에서, 제어부(170)는 기판 지지대(130)가 세정 온도(T1)보다 높고 공정 온도(T3)보다 낮은 시작 온도(T2)에 도달한 후부터 기판 지지대가(130) 공정 온도(T3)에 도달한 후 소정 시간 경과되기까지 프리코팅층(50)의 형성 공정이 진행되도록 공정 조건을 제어할 수 있다.
예를 들어, 퍼지 가스를 공급하는 단계(S20)에서, 제어부(170)는 기판 지지대(130)가 세정 온도(T1)에서 공정 온도(T3)로 선형적으로 승온되도록 기판 지지대(130)의 온도를 제어할 수 있고, 프리코팅층(50)의 형성이 기판 지지대(130)가 시작 온도(T2)에 도달하면 바로 시작되어 기판 지지대(130)가 선형적으로 승온되는 동안 계속되도록 공정 조건을 제어할 수 있다.
도 3에서, 프리코팅층(50)을 형성하는 단계(S30)는 기판 지지대(130)가 승온을 시작하여 제 3 시간(t3) 경과한 후 시작되어 제 4 시간(t4) 동안 수행되는 것으로 도시되었다. 제 3 시간(t3)은 기판 지지대(130)가 세정 온도(T1)에서 시작 온도(T2)까지 승온하는 데 걸리는 시간을 나타낼 수 있다.
이 실시예에서, 프리코팅층(50)을 형성하는 단계(S30)는 기판 지지대(130)를 승온하는 단계와 일정 부분 중첩하여 진행될 수 있다. 예를 들어, 프리코팅층(50)을 형성하는 단계(S30)의 절반 이상이 기판 지지대(130)를 승온하는 단계와 중첩되어 진행될 수 있다. 이 경우, 기판 지지대(130)를 승온하는 단계 이후에 별도로 프리코팅층(50)을 형성하는 단계(S30)를 부가하는 경우에 비해서, 전처리에 드는 공정 시간을 크게 줄일 수 있어서 전체 공정의 생산성을 높일 수 있다.
시작 온도(T2)는 프리코팅층(50)을 형성하기 시작하는 온도로서, 프리코팅층(50)이 너무 저온에서 형성되는 것을 방지하기 위해서, 세정 온도(T1)보다 높게 선택될 수 있다. 예를 들어, 세정 온도(T1)가 과도하게 낮지 않은 경우, 제어부(170)는 시작 온도(T2)가 세정 온도(T1)와 공정 온도(T3)의 중간보다 낮은 온도가 되도록 기판 지지대(130)의 온도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 시작 온도(T2)는 공정 온도(T3)보다는 세정 온도(T1)에 더 가까울 수 있다.
프리코팅층(50)은 세정 공정에서 공정 챔버(110) 내에 세정 가스 또는 그 라디칼이 잔류하여 이후 플라즈마 공정에 미치는 영향을 감소시키거나 또는 공정 챔버(110), 예컨대 가스 분사부(120) 표면 상에 플라즈마 손상(plasma damage)이 발생되는 것을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 프리코팅층(50)은 적어도 실리콘 산화층(52)을 포함할 수 있다. 나아가, 프리코팅층(50)은 실리콘 산화층(52) 상의 실리콘 질화층(54)을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 실리콘 산화층(52)의 두께가 실리콘 질화층(54)의 두께보다 2배 이상 클 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화층(52)은 SiH4 소스 기체를 이용하여 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)법으로 형성될 수 있다. 프리코팅층(50)은 적어도 공정 챔버(110) 상에 형성될 수 있고, 나아가 가스 분사부(120) 상에 형성될 수 있다.
이어서, 프리코팅층(50)을 형성하는 단계(S30)가 종료되면, 공정 챔버(110) 내 기판 지지대(130) 상에 기판(S)을 안착시키고, 기판(S) 상에 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 박막 형성은 가스 분사부(120)를 통해서 공정 가스를 분사하면서, 플라즈마 전원부(140)를 통해서 전력을 공급하여 공정 챔버(110) 내 플라즈마 분위기를 형성하면서 수행될 수 있다.
도 5는 비교예들과 본 발명의 일 실험예에 따라 형성된 박막 두께 맵을 보여주는 그림이다. 도 5에서, 비교예1(C1)은 세정 온도(T1)에서 프리코팅층(50)이 형성된 사전 처리 조건이 적용된 박막, 비교예2(C2)는 공정 온도(T3)에서 프리코팅층(50)이 형성된 사전 처리 조건이 적용된 박막, 실험예(E1)은 도 3의 조건으로 프리코팅층(50)이 형성된 사전 처리 조건이 적용된 박막을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 비교예1(C1)의 경우, 박막 두께 맵에서 불균일성이 나타난 반면, 비교예2(C2) 및 실험예(E1)의 경우 박막 두께 맵에서 불균일성이 거의 관찰되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 실험예(E1)에 의한 박막은 공정 온도(T3)에서 사전 처리가 적용된 비교예2(C2)에 준하는 박막 두께 균일성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
비교예2(C2)의 경우 기판 지지대(130)가 공정 온도(T3)로 승온된 후 프리코팅층(50)이 형성되기 때문에 사전 처리 시간이 길어지는 문제가 있다. 따라서, 실험예(E1)의 경우, 사전 처리 시간을 줄이면서도, 박막 두께 균일성을 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 6은 프리코팅층 형성 온도에 따른 기판 위치 신호를 보여주는 그래프이다. 도 6에서, 프리코팅층(50)은 조건1(S1)의 경우 460℃에서, 조건2(S2)의 경우 480℃에서, 조건3(S3)의 경우 500℃에서, 조건4(S4)의 경우 540℃에서 각각 형성되었다.
도 6을 참조하면, 조건1(S1)의 경우 기판(S)의 위치 신호가 기준점에서 상당히 벗어나 있는 반면, 조건2(S2), 조건3(S3) 및 조건4(S4)의 경우 기판(S)의 위치 신호가 기준점에서 마진 내의 범위에서 검출되는 것을 알 수 있다. 조건1(S1)에서 기판(S)은 슬라이딩이 발생되어 기준 위치에서 벗어난 것으로 판단된다.
따라서, 일부 실시예에서, 프리코팅층(50)은 적어도 460℃ 보다는 높은 온도에서 수행될 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 세정 온도(T1)가 480℃보다 낮은 경우, 프리코팅층(50)을 형성하기 위한 시작 온도(T2)는 460℃ 보다 높아야 하고, 보다 안정적으로는 480℃ 이상일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 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: 기판 처리 장치
110: 공정 챔버
120: 가스 분사부
130: 기판 지지대
140: 플라즈마 전원부

Claims (7)

  1. 기판이 안착되는 기판 지지대 및 상기 기판 지지대 상으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하는 공정 챔버를 상기 기판 지지대를 세정 온도에서 유지하면서 세정하는 단계;
    상기 기판 지지대를 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온하면서 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급하는 단계;
    상기 기판 지지대가 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온되는 중에 상기 공정 챔버 내에 프리코팅층을 형성하는 단계: 및
    상기 기판 지지대를 상기 공정 온도로 유지한 상태에서, 상기 기판 지지대 상에 상기 기판을 안착시키고, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계를 포함하는,
    박막 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코팅층을 형성하는 단계는 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도보다 높고 상기 공정 온도보다 낮은 시작 온도에 도달한 후부터 상기 기판 지지대가 상기 공정 온도에 도달한 후 소정 시간 경과되기까지 진행되는,
    박막 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시작 온도는 상기 세정 온도와 상기 공정 온도의 중간보다 낮은 온도인,
    박막 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리코팅층은 적어도 실리콘 산화층을 포함하고,
    상기 실리콘 산화층은 SiH4 소스를 이용하여 플라즈마 강화 화학기상증착법(PECVD)으로 형성되는,
    박막 형성 방법.
  5. 내부에 처리 공간을 한정하는 공정 챔버;
    상부에 기판이 안착되도록 상기 공정 챔버에 설치되는 기판 지지대;
    상기 처리 공간 내 상기 기판 지지대 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 분사부;
    상기 공정 챔버 내 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 전력을 공급하도록 상기 가스 공급부에 연결된 플라즈마 전원부; 및
    상기 기판 지지대 상에 안착된 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 수행하도록 공정 조건을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 기판 지지대 상에 상기 기판을 안착하기 전에, 상기 기판 지지대를 세정 온도에서 유지하면서 세정한 후 상기 기판 지지대를 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온하면서 상기 공정 챔버에 퍼지 가스를 공급하고, 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도에서 공정 온도로 승온되는 중에 상기 공정 챔버 내에 프리코팅층을 형성하도록 상기 공정 조건을 제어하는,
    기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기판 지지대가 상기 세정 온도보다 높고 상기 공정 온도보다 낮은 시작 온도에 도달한 후부터 상기 기판 지지대가 상기 공정 온도에 도달한 후 소정 시간 경과되기까지 상기 프리코팅층을 형성하도록 상기 공정 조건을 제어하는,
    기판 처리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 시작 온도가 상기 세정 온도와 상기 공정 온도의 중간보다 낮은 온도가 되도록 상기 기판 지지대의 온도를 제어하는,
    기판 처리 장치.
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