KR20220019359A - 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스분배유닛의 각각의 가스공급관에 가스유량 제어장치를 구비하여 각각의 가스공급관을 통해 공급되는 가스의 유량을 개별적으로 제어하고 각각의 가스공급관을 통해 공급되는 가스의 분배 시간과 순서를 다르게 구성함으로써 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착 박막의 두께 균일성을 개선할 수 있도록 구성된 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법에 관한 것이다.

Description

가스분배유닛을 이용한 가스공급방법{GAS SUPPLYING METHOD USING THE GAS DISTRIBUTING UNIT}
본 발명은 가스공급방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 가스분배유닛의 각각의 가스공급관에 가스유량 제어장치를 구비하여 각각의 가스공급관을 통해 공급되는 가스의 유량과 가스 분배순서를 개별적으로 제어함으로써 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착 박막의 두께 균일성을 개선할 수 있는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각(etching) 공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다.
특히, 증착 공정에서 중요한 제어요소 중에 하나는 기판 상에 증착되는 증착 박막이 기판의 표면적 전체에 걸쳐 균일하게 형성되도록 하는 증착 박막 두께의 균일성 여부이다. 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착 박막의 두께가 균일하지 못한 경우 이는 제품성이 떨어지거나 또는 반도체소자나 평면표시장치의 성능을 저해하는 요인이 되기 때문이다.
도 1a는 종래기술에 따른 기판처리장치에 대한 개략도이고, 도 1b는 도 1a의 기판처리장치를 이용하여 증착공정이 완료된 기판에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 반응챔버(10)는, 소스물질 저장부로부터 소스가스가 공급되는 가스공급관(1)과, 상기 가스공급관(1)에서 토출된 소스가스를 기판안치부(7)의 상부로 분사하는 가스분배판(3)과, 상기 가스공급관(1)의 유출구(1a)와 상기 가스분배판(3)의 상부에 형성되어 상기 소스가스를 확산시키는 확산공간(5)을 포함한다.
이러한 종래기술에 따른 가스분배판(3)은 상기 가스분배판의 일면 및 타면을 관통하는 복수 개의 분사홀(4)을 포함한다.
도 1a를 참고하면 가스공급관의 유출구에서부터 각각의 분사홀까지의 거리가 서로 상이하며, 이로 인해 가스공급관의 유출구에서 토출된 소스가스가 확산공간 내에서 확산하여 분사홀의 유입부까지 도달하는 소스가스의 확산경로의 길이가 각각의 분사홀의 위치에 따라 상이함을 알 수 있다. 그 결과, 가스분배판의 분사홀들 중에서 소스가스의 확산경로가 긴 가장자리 부분의 분사홀의 유출구에서는 소스가스의 확산경로의 길이가 짧은 가스분배판의 중앙부분의 분사홀의 유출구에서보다 가스 분압이 낮으므로, 상기 가스분배판의 가장자리 부분의 분사홀에서의 소스가스의 토출유량은 상기 가스분배판의 중앙부분의 분사홀에서의 소스가스의 토출유량보다 작을 수밖에 없어, 최종적으로 도 1b에 도시된 바와 같이 기판의 중앙부분에서의 증착박막의 두께(t2)가 기판의 가장자리부분에서의 증착박막의 두께(t1)보다 상당히 커질 수밖에 없다. 즉, 종래기술에서는, 가스분배판에 구비되는 분사홀들의 위치에 따라 상이한 토출유량으로 소스가스가 분사되므로 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착박막의 두께 균일성을 보장하지 못하는 문제점이 존재하여 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래의 기판처리장치는 격벽을 이용하여 확산공간을 복수 개의 확산영역으로 분할하고, 상기 확산영역 각각에 공정가스를 공급하는 가스분배유닛이 복수 개의 가스공급관을 포함하도록 하여 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착 박막의 두께 균일성을 향상시키고자 하였다.
그러나 이러한 종래의 기판처리장치의 경우에도 격벽부에 의해 확산공간이 복수 개의 확산영역으로 분할되고, 복수 개의 가스공급관을 포함하는 가스분배유닛이 각각의 확산영역에 대응되는 가스공급관을 통해 그 대응되는 확산영역에만 가스를 공급하여 가스 확산이 진행되므로, 기판처리장치의 챔버 내에서 슬롯 밸브 부분에서의 온도의 불균형과, 배기수단으로 인한 압력의 불균형 및 챔버의 장축과 단축에 형성된 월 히터의 크기 차이에 따른 불균형 등으로 인해 전극의 변형이 발생하게 되고 이로 인해 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착 박막의 두께 균일성을 개선하는데 한계가 있었다.
본 발명은 가스분배유닛의 각각의 가스공급관을 통해 공급되는 가스의 유량과 가스의 분배 순서를 개별적으로 제어함으로써 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착 박막의 두께 균일성을 개선할 수 있는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법은, 가스유량 제어장치 및 가스유량 확인장치를 각각 포함하는 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 기판처리장치 내부의 가스 확산공간의 중앙영역인 제1 영역과 상기 가스 확산공간의 가장자리영역인 제2 내지 제5 영역으로 공정가스를 각각 공급하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법으로서, 상기 제1 가스공급관을 통해 상기 제1 영역으로 상기 공정가스를 공급하거나 상기 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 제1 내지 제5 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제1 공급단계; 및 상기 제2 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 제2 내지 제5 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제2 공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법은, 가스유량 제어장치 및 가스유량 확인장치를 각각 포함하는 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 기판처리장치 내부의 가스 확산공간의 중앙영역인 제1 영역과 상기 가스 확산공간의 가장자리영역인 제2 내지 제5 영역으로 공정가스를 각각 공급하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법으로서, 상기 제1 가스공급관을 통해 상기 제1 영역으로 상기 공정가스를 공급하거나 상기 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 제1 내지 제5 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제1 공급단계; 및 상기 제2 내지 제5 가스공급관 중 적어도 하나 이상의 가스공급관을 통해 상기 제2 내지 제5 영역 중 적어도 하나 이상의 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제2 공급단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법에 의하면, 각각의 가스공급관에 구비된 가스유량 제어장치를 이용하여 기판의 중심 부분에 공급되는 가스의 유량과 기판의 가장자리 부분에 공급되는 가스의 유량을 다르게 제어할 수 있으며, 기판의 중심 부분과 가장자리 부분에 공급되는 가스의 분배 순서를 다르게 조정할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 기판의 중심 부분과 기판의 가장자리 부분에 각각 공급되는 가스의 유량 및 시간을 개별적으로 제어하고 각각의 가스공급관을 통해 공급되는 가스의 분배 순서를 다르게 구성하여 가스의 공급을 제어함으로써, 기판의 표면적 전체에 걸쳐 증착 박막의 두께 균일성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 기판처리장치에 대한 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 기판처리장치를 이용하여 증착공정이 완료된 기판에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛의 개략적인 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법의 공정 흐름도이다.
도 3b는 도 3a의 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 3c는 도 3a의 다른 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법의 공정 흐름도이다.
도 4b는 도 4a의 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 4c는 도 4a의 다른 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 포함하는 기판처리장치는, 기판의 증착공정이 실행되는 공정챔버와, 공정챔버 내부의 가스 확산공간으로 공정가스를 공급 및 분배하도록 구성된 가스분배유닛과, 상기 기판이 지지되는 기판안착부와, 증착공정 완료 후 상기 공정챔버 내부에 잔존하는 잔류 공정가스 및 증착 잔여물을 상기 공정챔버 외부로 배출하도록 구성된 배기수단을 포함하여 이루어진다.
이하에서는, 본 발명에 따른 가스분배유닛에 대해 보다 구체적으로 기술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛의 개략적인 사시도이다. 도 2에서는 가스분배유닛이 5개의 가스공급관을 구비하고 가스 확산공간이 5개의 영역으로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하였으나 가스공급관 및 영역의 개수는 자유롭게 변형하여 실시 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛(100)은, 가스확산 플레이트(110), 제1 내지 제5 가스공급원(121 내지 125), 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135) 및 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 155)를 포함한다.
가스확산 플레이트(110)의 상부는 공정가스가 확산되는 가스확산공간(150)이 형성되며, 상기 가스확산공간은 격벽(미도시)에 의해 중앙영역인 제1 영역(151)과 가장자리 영역인 제2 내지 제5 영역(152 내지 155)으로 나뉘어질 수 있다.
공정가스는 제1 내지 제5 가스공급원(121 내지 125)으로부터 상기 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 통해 제1 내지 제5 영역(151 내지 155)으로 공급된다. 도 2에서는 상기 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)이 제1 내지 제5 가스공급원(121 내지 125)에 각각 연결되는 것으로 도시하여 설명하였으나 상기 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)이 하나의 가스공급원에 연결되어 공정가스가 공급될 수도 있다.
상기 제1 가스공급관(131)은 가스확산 플레이트(110)의 중앙영역인 제1 영역(141)으로 상기 공정가스를 공급하고, 상기 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)은 가스확산 플레이트(110)의 가장자리 영역인 제2 내지 제5 영역(142 내지 145)으로 상기 공정가스를 공급한다.
한편, 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)에는 각각 상기 공정가스의 유량을 제어하기 위한 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 145)가 더 구비되어 있다.
본 발명에 따른 가스분배유닛(100)은 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)에 구비된 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 145)를 이용하여 상기 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 통하여 제1 내지 제5 영역(151 내지 155)으로 공급되는 공정가스의 공급 유량과 공급 시간 및 공급 순서를 개별적으로 제어하여 상기 공정가스를 공급할 수 있다. 이때, 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 145)는해 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 통해 공급되는 공정가스의 유량을 확인할 수도 있다.
일반적인 기판처리장치의 챔버 내부에는 슬롯 밸브 및 배기수단이 구비되어 있으며, 챔버 외부에는 챔버 외벽을 따라 월 히터가 구비되어 있다. 따라서, 챔버 내부에서는 슬롯 밸브의 위치에 따른 온도의 불균형과, 배기수단으로 인한 압력의 불균형 및 챔버의 장축과 단축에 형성된 월 히터의 크기 차이에 따른 불균형 등으로 인해 전극의 변형이 발생하게 되고, 이로 인해 기판의 중심부분과 기판의 가장자리 부분에서 증착되는 박막의 두께가 불균일하게 될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 가스분배유닛(100)을 포함하는 기판처리장치의 경우, 제1 내지 제5 가스유량 제어장치((141 내지 145)를 이용하여 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)으로 부터 제1 내지 제5 영역(151 내지 155)으로 공급되는 공정가스의 유량과 시간 및 순서를 개별적으로 제어하여 조정함으로써 기판의 중심 부분과 기판의 가장자리 부분에서 증착되는 박막 두께의 불균일성을 개선할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법의 공정 흐름도이고, 도 3b는 도 3a의 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이며, 도 3c는 도 3a의 다른 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법은 제1 공급단계(S310) 및 제2 공급단계(S320)를 포함한다.
제1 공급단계(S310)에서는 제1 가스공급관(131)을 이용하여 제1 가스공급원(121)으로 부터 가스확산 플레이트(110)의 중앙 영역인 제1 영역(151)으로 공정가스를 공급한다. 이때, 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)에 구비된 제2 내지 제5 가스유량 제어장치(142 내지 145) 내부의 밸브는 모두 폐쇄되고 제1 가스유량 제어장치(141) 내부의 밸브만이 개방되어 제1 가스공급관(131)을 통해서만 공정가스가 공급된다.
제1 가스공급관(131)에는 공정가스의 유량을 제어하는 제1 가스유량 제어장치(141)가 구비되어 있다. 제1 공급 단계(S310)에서는 제1 가스유량 제어장치(141) 내부의 밸브를 조정하여 공정가스의 공급 유량과 공급 시간을 제어하면서 공정가스를 공급함으로써 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
제1 공급 단계(S310)에서 제1 가스공급관(131)을 통해 중앙으로 공급된 공정가스는 가스분사부(미도시)를 통해 기판에 공급될 수 있다. 그러나 중앙으로 공급된 공정가스가 기판에 공급되더라도 챔버 내부에서의 온도 또는 압력의 불균형으로 인해 전극의 변형이 발생하게 되고, 이로 인해 기판의 중심 부분의 박막 두께와 기판의 가장자리 부분의 박막 두께가 상이하게 될 수 있다. 또한, 기판의 사이즈가 대면적화됨에 따라 기판의 중심 부분에 공급된 공정가스가 기판의 가장자리부분까지 충분히 확산되지 못하여 기판의 중심 부분의 박막 두께와 기판의 가장자리 부분의 박막 두께가 상이하게 될 수도 있다. 따라서 기판의 가장자리 부분의 박막 두께를 기판의 중심 부분과 균일하게 하기 위한 과정이 필요하다.
제2 공급단계(S320)에서는 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)을 이용하여 가스확산 플레이트(110)의 가장자리 영역인 제2 내지 제5 영역(152 내지 155)으로 공정가스를 공급한다. 이때, 제1 가스유량 제어장치(141) 내부의 밸브는 폐쇄되고 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)에 구비된 제2 내지 제5 가스유량 제어장치(142 내지 145) 내부의 밸브만이 개방되어 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)을 통해서만 공정가스가 공급된다.
제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)에는 공정가스의 유량을 제어하는 제2 내지 제5 가스유량 제어장치(142 내지 145)가 구비되어 있다. 제2 공급단계(S320)에서는 제2 내지 제5 가스유량 제어장치(142 내지 145) 내부의 밸브를 조정하여 공정가스의 공급 유량과 공급 시간을 제어하면서 공정가스를 공급함으로써 기판의 가장자리 부분에 대해 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
즉, 제2 내지 제5 가스유량 제어장치(142 내지 145) 내부의 밸브를 조정함으로써, 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)을 통해 공급되는 공정가스의 유량을 모두 동일하게 할 수도 있고, 전극의 변형 형태에 따라 서로 다른 값을 갖도록 할 수도 있다.
일반적으로 기판처리장치는 챔버 내의 슬롯 밸브 부분에서의 온도의 불균형과, 배기수단으로 인한 압력의 불균형 및 챔버의 장축과 단축에 형성된 월 히터의 크기 차이에 따른 불균형 등으로 인해 전극의 변형이 발생하게 된다. 이러한 전극의 변형은 기판의 가장자리 부분에서 주로 발생하게 되고, 슬롯밸브 및 배기수단의 위치에 따라 가장자리 부분에서도 서로 증착 박막의 두께가 상이하게 될 수 있다.
따라서 박막의 두께가 특히 얇은 가장자리의 특정 부분에 대해 선택적으로 공정가스를 공급하여 박막의 두께를 보상해줌으로써 기판의 가장자리 부분의 박막 두께를 균일하게 하기 위한 과정이 필요하다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법은 제2 공급단계(S320)이후 가스확산 플레이트(110)의 가장자리 일부에 공정가스를 공급하는 제3 공급단계(S330)를 더 포함할 수 있다.
제3 공급단계(S330)에서는 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)을 이용하여 기판의 가장자리 영역인 제2 및 제3 영역(152 및 153)으로 공정가스를 공급한다. 이때, 제1, 제4 및 제5 가스유량 제어장치(141, 144 및 145) 내부의 밸브는 폐쇄되고 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)에 구비된 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143) 내부의 밸브만이 개방되어 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)을 통해서만 공정가스가 공급된다.
도 3b에서는 제2 및 제3 영역으로 공정가스를 공급하는 것으로 설명하고 있으나, 기판의 가장자리 부분에 증착된 박막의 두께를 고려하여 상기 제2 내지 제5 가스공급관 중 적어도 하나 이상의 가스공급관을 통해 상기 제2 내지 제5 영역 중 공정가스를 추가적으로 공급할 필요가 있는 적어도 하나 이상의 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급할 수 있다.
제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)에는 공정가스의 유량을 제어하는 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143)가 구비되어 있다. 제3 공급단계(S330)에서는 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143) 내부의 밸브를 조정하여 공정가스의 공급 유량과 공급 시간을 제어하면서 공정가스를 공급함으로써 기판의 가장자리 부분에 대해 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
즉, 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143) 내부의 밸브를 조정함으로써, 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)을 통해 공급되는 공정가스의 유량을 모두 동일하게 할 수도 있고, 전극의 변형 형태에 따라 서로 다른 값을 갖도록 할 수도 있다.
한편, 도 3a 및 도 3c를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법은 제1 공급단계(S310) 및 제2 공급단계(S320)를 포함한다.
제1 공급단계(S310)에서는 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 이용하여 제1 내지 제5 가스공급원(121 내지 125)으로부터 기판의 중앙 영역인 제1 영역(151) 및 기판의 가장자리 영역인 제2 내지 제5 영역(152 내지 155)으로 공정가스를 공급한다. 이때, 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)에 구비된 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 145) 내부의 밸브는 모두 개방되어 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 통해 공정가스가 공급된다. 즉, 제1 공급 단계(S310)에서는 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 145) 내부의 밸브를 조정하여 공정가스의 공급 유량과 공급 시간을 제어하면서 공정가스를 공급함으로써 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
제1 공급 단계(S310)에서 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 통해 제1 내지 제5 영역(151 내지 155)으로 공급된 공정가스는 가스분사부(미도시)를 통해 기판에 공급될 수 있다. 그러나 제1 내지 제5 영역(151 내지 155)으로 공급된 공정가스가 기판에 분사되더라도 챔버 내부에서의 온도 또는 압력의 불균형으로 인해 전극의 변형이 발생하게 되고, 이로 인해 기판의 중심 부분과 기판의 가장자리 부분의 박막 두께가 상이하게 될 수 있다. 또한, 기판의 사이즈가 대면적화됨에 따라 기판의 중심 부분에 공급된 공정가스가 기판의 가장자리부분까지 충분히 확산되지 못하여 기판의 중심 부분의 박막 두께와 기판의 가장자리 부분의 박막 두께가 상이하게 될 수도 있다. 따라서 기판의 가장자리 부분의 박막 두께를 기판의 중심 부분과 균일하게 하기 위한 과정이 필요하다.
이에 따라 제1 공급단계(S310) 이후 제2 공급단계(S320)가 수행된다. 제2 공급단계(S320)에서는 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)을 이용하여 가스확산 플레이트(110)의 가장자리 영역인 제2 내지 제5 영역(152 내지 155)으로 공정가스를 공급한다. 상기 제2 공급단계(S320)는 도 3b에서 설명한 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 챔버 내의 슬롯 밸브 부분에서의 온도의 불균형과, 배기수단으로 인한 압력의 불균형 및 챔버의 장축과 단축에 형성된 월 히터의 크기 차이에 따른 불균형 등으로 인해 전극의 변형이 발생하게 된다. 이러한 전극의 변형은 기판의 가장자리 부분에서 주로 발생하게 되고, 슬롯밸브 및 배기수단의 위치에 따라 가장자리 부분에서도 서로 증착 박막의 두께가 상이하게 될 수 있다.
따라서 박막의 두께가 특히 얇은 가장자리의 특정 부분에 대해 선택적으로 공정가스를 공급하여 박막의 두께를 보상해줌으로써 기판의 가장자리 부분의 박막 두께를 균일하게 하기 위한 과정이 필요하다.
이에 따라 제2 공급단계(S320) 이후 제3 공급단계(S330)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 공급단계(S330)는 도 3b에서 설명한 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법의 공정 흐름도이고, 도 4b는 도 4a의 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이며, 도 4c는 도 4a의 다른 일 실시예에 따른 공정 흐름을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법은 제1 공급단계(S410) 및 제2 공급단계(S420)를 포함한다.
제1 공급단계(S410)에서는 제1 가스공급관(131)을 이용하여 제1 가스공급원(121)으로부터 가스확산 플레이트(110)의 중앙 영역인 제1 영역(151)으로 공정가스를 공급한다. 이때, 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)에 구비된 제2 내지 제5 가스유량 제어장치(142 내지 145) 내부의 밸브는 모두 폐쇄되고 제1 가스유량 제어장치(141) 내부의 밸브만이 개방되어 제1 가스공급관(131)을 통해서만 공정가스가 공급된다.
제1 가스공급관(131)에는 공정가스의 유량을 제어하는 제1 가스유량 제어장치(141)가 구비되어 있다. 제1 공급 단계(S410)에서는 제1 가스유량 제어장치(141) 내부의 밸브를 조정하여 공정가스의 공급 유량과 공급 시간을 제어하면서 공정가스를 공급함으로써 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
제1 공급 단계(S410)에서 제1 가스공급관(131)을 통해 중앙으로 공급된 공정가스는 가스분사부(미도시)를 통해 기판에 공급될 수 있다. 그러나 중앙으로 공급된 공정가스가 기판에 공급되더라도 챔버 내부에서의 온도 또는 압력의 불균형으로 인해 전극의 변형이 발생하게 되고, 이로 인해 기판의 중심 부분의 박막 두께와 기판의 가장자리 부분의 박막 두께가 상이하게 될 수 있다. 따라서 기판의 가장자리 부분의 박막 두께를 기판의 중심 부분과 균일하게 하기 위한 과정이 필요하다.
제2 공급단계(S420)에서는 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)을 이용하여 기판의 가장자리 영역인 제2 및 제3 영역(152 및 153)으로 공정가스를 공급한다. 이때, 제1, 제4 및 제5 가스유량 제어장치(141, 144 및 145) 내부의 밸브는 폐쇄되고 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)에 구비된 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143) 내부의 밸브만이 개방되어 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)을 통해서만 공정가스가 공급된다.
도 4b에서는 제2 및 제3 영역으로 공정가스를 공급하는 것으로 설명하고 있으나, 상기 제2 내지 제5 가스공급관 중 적어도 하나 이상의 가스공급관을 통해 상기 제2 내지 제5 영역 중 적어도 하나 이상의 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급할 수 있다.
제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)에는 공정가스의 유량을 제어하는 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143)가 구비되어 있다. 제2 공급단계(S420)에서는 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143) 내부의 밸브를 조정하여 공정가스의 공급 유량과 공급 시간을 제어하면서 공정가스를 공급함으로써 기판의 가장자리 부분에 대해 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
즉, 제2 및 제3 가스유량 제어장치(142 및 143) 내부의 밸브를 조정함으로써, 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)을 통해 공급되는 공정가스의 유량을 모두 동일하게 할 수도 있고, 전극의 변형 형태에 따라 서로 다른 값을 갖도록 할 수도 있다.
한편, 도 4a 및 도 4c를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법은 제1 공급단계(S410) 및 제2 공급단계(S420)를 포함한다.
제1 공급단계(S410)에서는 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 이용하여 제1 내지 제5 가스공급원(121 내지 125)으로부터 기판의 중앙 영역인 제1 영역(151) 및 기판의 가장자리 영역인 제2 내지 제5 영역(152 내지 155)으로 공정가스를 공급한다. 이때, 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)에 구비된 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 145) 내부의 밸브는 모두 개방되어 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 통해 공정가스가 공급된다. 즉, 제1 공급 단계(S410)에서는 제1 내지 제5 가스유량 제어장치(141 내지 145) 내부의 밸브를 조정하여 공정가스의 공급 유량과 공급 시간을 제어하면서 공정가스를 공급함으로써 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
제1 공급 단계(S410)에서 제1 내지 제5 가스공급관(131 내지 135)을 통해 제1 내지 제5 영역(151 내지 155)으로 공급된 공정가스는 가스분사부(미도시)를 통해 기판에 공급될 수 있다. 그러나 제1 내지 제5 영역(151 내지 155)으로 공급된 공정가스가 기판에 분사되더라도 챔버 내부에서의 온도 또는 압력의 불균형으로 인해 전극의 변형이 발생하게 되고, 이로 인해 기판의 중심 부분과 기판의 가장자리 부분의 박막 두께가 상이하게 될 수 있다. 따라서 기판의 가장자리 부분의 박막 두께를 기판의 중심 부분과 균일하게 하기 위한 과정이 필요하다.
제2 공급단계(S420)에서는 제2 및 제3 가스공급관(132 및 133)을 이용하여 기판의 가장자리 영역인 제2 및 제3 영역(152 및 153)으로 공정가스를 공급한다. 상기 제2 공급단계(S420)는 도 4b에서 설명한 것과 동일하다.
이때, 제1 가스공급관(131)을 통해 제1 영역으로 공급되는 공정가스의 유량은 공급되는 전체 공정가스의 40% 내지 80%이고, 제2 내지 제5 가스공급관(132 내지 135)을 통해 제2 내지 제5 영역으로 공급되는 공정가스의 유량은 공급되는 전체 공정가스의 20% 내지 60%인 것이 바람직하다.
제1 가스공급관(131)을 통해 제1 영역으로 공급되는 공정가스의 유량이 공급되는 전체 공정가스의 40% 미만인 경우 공정가스가 중앙 부분에서 가장자리 부분까지 충분하게 확산되지 못할 수도 있다. 한편, 제1 가스공급관(131)을 통해 제1 영역으로 공급되는 공정가스의 유량이 공급되는 전체 공정가스의 80%를 초과하는 경우에는 불필요하게 많은 양의 공정가스가 중앙 부분으로 공급되어 가스 공급의 효율성이 떨어지게 된다.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법에 의하면, 기판처리장치 내부로 공정가스를 공급하는 복수 개의 가스공급관을 구비하는 가스분배유닛에서 각각의 가스공급관에 공정가스의 유량을 확인하고 제어하는 가스유량 제어장치를 구비하여 각각의 가스공급관에서 공급되는 공정가스의 유량을 제어하고, 공정가스가 공급되는 순서 및 시간을 조정함으로써 기판의 전체 표면적에 대한 두께 균일성을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 가스유량 제어장치를 각각 포함하는 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 기판처리장치 내부의 가스 확산공간의 중앙영역인 제1 영역과 상기 가스 확산공간의 가장자리영역인 제2 내지 제5 영역으로 공정가스를 각각 공급하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법으로서,
    상기 제1 가스공급관을 통해 상기 제1 영역으로 상기 공정가스를 공급하거나 상기 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 제1 내지 제5 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제1 공급단계; 및
    상기 제2 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 제2 내지 제5 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제2 공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법.
  2. 가스유량 제어장치를 각각 포함하는 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 기판처리장치 내부의 가스 확산공간의 중앙영역인 제1 영역과 상기 가스 확산공간의 가장자리영역인 제2 내지 제5 영역으로 공정가스를 각각 공급하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법으로서,
    상기 제1 가스공급관을 통해 상기 제1 영역으로 상기 공정가스를 공급하거나 상기 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 제1 내지 제5 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제1 공급단계; 및
    상기 제2 내지 제5 가스공급관 중 적어도 하나 이상의 가스공급관을 통해 상기 제2 내지 제5 영역 중 적어도 하나 이상의 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제2 공급단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 내지 제5 가스공급관 중 적어도 하나 이상의 가스공급관을 통해 상기 제2 내지 제5 영역 중 적어도 하나 이상의 영역으로 각각 상기 공정가스를 공급하는 제3 공급단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 공정가스를 공급할 때, 상기 제1 내지 제5 가스공급관에 각각 설치된 제1 내지 제5 가스유량 제어장치를 이용하여 상기 공정가스의 공급 유량을 개별적으로 제어하여 상기 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제5 가스공급관을 통해 상기 공정가스를 공급할 때, 상기 제1 내지 제5 가스공급관에 각각 설치된 제1 내지 제5 가스유량 제어장치를 이용하여 상기 공정가스의 공급 시간을 개별적으로 제어하여 상기 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 공급 단계는
    전체 공정 시간의 40 내지 80%의 시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 가스분배유닛을 이용한 가스공급방법.
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