KR20220080635A - 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단차 도포성을 개선할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시예는, 내부에서 기판 처리가 수행되는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부와 마주보게 배치되며, 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 기판 처리에 이용되는 소스 가스와 제1 캐리어 가스가 혼합되는 가스 혼합부; 상기 가스 혼합부에서 혼합된 가스가 상기 가스 공급부에 공급되도록 상기 가스 혼합부와 상기 가스 공급부를 연결하는 가스 공급 라인; 및 상기 가스 공급 라인에 연결되며, 상기 혼합된 가스에 제2 캐리어 가스를 공급하는 제2 캐리어 가스 라인;을 포함한다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단차 도포성을 개선할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 기판 처리 장치를 이용하여 기판에 대하여 증착, 식각 등 다양한 처리가 수행된다. 반도체 소자 제조 공정에 이용되는 기판 처리 장치의 일 예를 도 1에 나타내었다.

도 1에 도시된 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 챔버(110), 탑 리드(120), 기판 지지부(130), 가스 공급부(140) 등을 구비한다. 챔버(110) 내부에서는 가스 공급부(140)를 통해 공급된 소스 가스를 이용하여 박막 증착 공정과 같은 기판 처리가 수행된다.

일반적으로 소스 가스(152)는 캐리어 가스(154)와 가스 혼합부(162)에서 혼합된 후, 가스 공급 라인(166)을 통해 가스 공급부(140)에 공급된 후, 가스 공급부(140)에서 챔버(110) 내로 분사된다.

이와 같이 종래의 방식으로 소스 가스가 챔버(110) 내로 공급되는 경우, 특히 소스 가스 공급 초기에 소스 가스의 분압이 과도하게 증가하는 오버슈팅(over shooting) 현상이 발생하고 뒤이어 언더슈팅(under shooting) 현상이 발생하는 등, 소스 가스의 분압이 불균일하게 되는 문제점이 발생한다. 그리고 소스 가스의 분압이 불균일하게 됨에 따라 단차 도포성이 열악한 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 오버슈팅 현상 발생을 억제하여 단차 도포성이 우수한 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시예는, 내부에서 기판 처리가 수행되는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부와 마주보게 배치되며, 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 기판 처리에 이용되는 소스 가스와 제1 캐리어 가스가 혼합되는 가스 혼합부; 상기 가스 혼합부에서 혼합된 가스가 상기 가스 공급부에 공급되도록 상기 가스 혼합부와 상기 가스 공급부를 연결하는 가스 공급 라인; 및 상기 가스 공급 라인에 연결되며, 상기 혼합된 가스에 제2 캐리어 가스를 공급하는 제2 캐리어 가스 라인;을 포함하며, 상기 소스 가스가 상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급될 때, 공급 초기에 상기 소스 가스의 분압이 과도하게 증가하는 오버슈팅(over shooting) 현상이 발생하는 것을 감소시키기 위해, 상기 제2 캐리어 가스 공급 유량이 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량보다 더 크다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 캐리어 가스와 상기 제2 캐리어 가스는 동일한 가스일 수 있다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급되는 상기 소스 가스의 초기 압력은 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량 및 상기 제2 캐리어 가스 공급 유량 중 적어도 하나에 의해 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량과 상기 제2 캐리어 가스 공급 유량의 합은 일정할 수 있다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급되는 상기 소스 가스의 공급 속도를 증가시키기 위해 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급되는 상기 소스 가스의 초기 압력이 과도하게 증가되는 오버슈팅(over shooting) 현상이 발생하는 것을 억제하기 위해 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스의 유량을 조절하여 소스 가스의 분압의 불균일성을 감소시킬 수 있어, 증착 공정에서의 균일성이 증가되고 단차 도포성이 향상된다.

도 1은 종래의 기판 처리 장치에 대한 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에 대한 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스의 유량에 따른 챔버 내에 공급되는 소스 가스의 분압의 변화를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에 대한 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치에 대한 일 실시예(200)는 챔버(210), 탑 리드(220), 기판 지지부(230), 가스 공급부(240), 가스 혼합부(262) 및 가스 공급 라인(266)을 구비한다.

챔버(210)는 상부가 개방되고 내부에 수용부가 형성되며, 챔버(210) 내부의 수용부에서는 기판(W) 처리가 수행된다. 기판(W) 처리는 증착, 식각, 세정 공정 등일 수 있으며, 기판(W)은 반도체 제조용 기판, LCD 제조용 기판, OLED 제조용 기판, 태양전지 제조용 기판, 투명 글라스 기판 등 어떠한 기판도 가능하다. 챔버(210)에는 기판(W)이 출입하는 게이트(미도시)가 형성되며, 챔버(210) 내부를 배기하기 위한 배기구(미도시)가 형성될 수 있고, 배기구는 진공 펌프와 연결된다.

탑 리드(220)는 챔버(210)의 개방된 상부가 덮이도록 배치되어, 챔버(210)와 함께 기판 처리 공간을 형성한다. 탑 리드(220)에는 상하를 관통하는 관통구가 형성되며, 이 관통구에는 가스 공급부(240)가 배치되어 탑 리드(220)의 관통구를 밀폐한다.

가스 공급부(240)는 챔버(210) 내부로 가스를 공급하며, 탑 리드(220)의 상방에서 탑 리드(220)의 관통구에 삽입되는 형태로 장착된다. 가스 공급부(240)는 공급된 가스가 챔버(210) 내부로 분사시키며, 이를 위해 가스 공급부(240)의 하부는 가스를 분사하기 위한 분사홀이 형성된다. 가스 공급부(240)는 샤워헤드 형태, 가스 분사 노즐 형태 등과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다.

기판 지지부(230)는 챔버(210) 내부에 가스 공급부(240)와 마주보게 배치되며, 기판(W)이 안착되어 지지된다. 기판 지지부(230)는 안착된 기판(W)이 고정되도록 정전척(ElectroStatic Chuck, ESC) 등이 마련될 수 있다. 기판 지지부(230)는 대략적으로 기판(W)의 형상과 대응되는 형상이며, 기판(W)보다 크게 형성된다. 기판 지지부(230)는 구동축의 회전에 따라 회전하거나 구동축의 승강에 따라 승강될 수 있다. 기판 지지부(230) 내부에는 히터가 매립되어 있을 수 있으며, 히터를 이용하여 기판(W)을 가열한다.

가스 혼합부(262)에서는 소스 가스와 제1 캐리어 가스가 혼합되며, 소스 가스와 제1 캐리어 가스가 혼합된 가스는 가스 공급 라인(266)을 통해 가스 공급부(240)에 공급된다. 소스 가스는 상온에서 액체 또는 기체인 소스를 가열 등의 방법을 이용하여 기화(vaporization)시킨 형태이며, 본 실시예에서 소스 가스는 TiCl4이 이용되었다. 제1 캐리어 가스는 제1 캐리어 가스 라인(264)를 통해 가스 혼합부(262)에 공급되며, 소스 가스와 혼합되어 소스 가스를 가스 공급부에 전달하는 가스로, 불활성 가스가 이용된다. 본 실시예에서는 아르곤(Ar)이 이용되었다.

제2 캐리어 가스는 제2 캐리어 가스 라인(268)을 통해 가스 공급 라인(266)에 공급된다. 이를 통해, 제2 캐리어 가스는 소스 가스와 제1 캐리어 가스가 혼합된 가스와 섞여 함께 가스 공급부(240)에 공급된다. 즉, 가스 공급부(240)에 공급되는 가스는 소스 가스, 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스가 혼합된 가스이다. 제2 캐리어 가스는 불활성 가스가 이용되며, 제1 캐리어 가스와 동일한 가스가 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 캐리어 가스와 동일한 아르곤(Ar)이 이용되었다.

소스 가스가 제1 캐리어 가스와만 혼합하여 가스 공급부(240)에 공급되는 경우에는 소스 가스의 초기 압력이 과도하게 증가하는 오버슈팅(over shooting) 현상이 발생하고 뒤이어 언더슈팅(under shooting) 현상이 발생하는 등의 소스 가스의 압력이 불균일하게 되는 문제점이 발생하나, 본 실시예와 같이, 가스 혼합부(262)에서 소스 가스와 제1 캐리어 가스가 혼합되고, 그 이후, 제2 캐리어 가스가 가스 공급 라인(266) 상에서 혼합되어 가스 공급부(240)에 공급되면, 오버슈팅 현상과 같은 소스 가스의 초기 압력이 불균일하게 되는 문제점을 완화할 수 있다. 특히, 제2 캐리어 가스 공급 유량이 제1 캐리어 가스 공급 유량보다 더 크게 하게 되면, 오버슈팅 현상을 더욱 감소시킬 수 있다.

소스 가스의 초기 압력은 제1 캐리어 가스 공급 유량 및 제2 캐리어 가스 공급 유량 중 적어도 하나에 의해 조절될 수 있으며, 특히 제1 캐리어 가스 공급 유량을 통해 조절될 수 있다. 이때, 제1 캐리어 가스 공급 유량과 제2 캐리어 가스 공급 유량의 합은 일정하므로, 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시키면 제2 캐리어 가스 공급 유량은 감소시키고, 제1 캐리어 가스 공급 유량을 감소시키면 제2 캐리어 가스 공급 유량을 증가시켜 총 캐리어 가스 공급 유량은 일정하게 유지한다.

보다 구체적으로 살펴보면, 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시키면, 챔버(210) 내부에 분사되는 소스 가스의 시간이 감소하여, 챔버(210) 내부에서 소스 가스의 압력의 정상 상태(steady state)가 되는 포화 시간(saturation time)이 감소한다. 그러나 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시키면, 소스 가스의 오버슈팅 현상이 발생하고 뒤이어 언더슈팅 현상이 발생한다. 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스의 유량에 따른 챔버(210) 내에 공급되는 소스 가스의 분압의 변화를 도 3에 나타내었다.

도 3에서 소스 가스는 TiCl4을 사용하였고, 제1 캐리어 가스와 제2 캐리어 가스는 아르곤(Ar)을 사용하였다. 도면부호 310으로 표시된 그래프는 제1 캐리어 가스의 유량은 0 sccm, 제2 캐리어 가스의 유량은 1,800 sccm인 경우의 시간에 따른 챔버(210) 내의 TiCl4의 분압의 변화를 나타낸 그래프이고, 도면부호 320으로 표시된 그래프는 제1 캐리어 가스의 유량은 50 sccm, 제2 캐리어 가스의 유량은 1,750 sccm인 경우의 시간에 따른 챔버(210) 내의 TiCl4의 분압의 변화를 나타낸 그래프이며, 도면부호 330으로 표시된 그래프는 제1 캐리어 가스의 유량은 100 sccm, 제2 캐리어 가스의 유량은 1,700 sccm인 경우의 시간에 따른 챔버(210) 내의 TiCl4의 분압의 변화를 나타낸 그래프이고, 도면부호 340으로 표시된 그래프는 제1 캐리어 가스의 유량은 300 sccm, 제2 캐리어 가스의 유량은 1,500 sccm인 경우의 시간에 따른 챔버(210) 내의 TiCl4의 분압의 변화를 나타낸 그래프이며, 도면부호 350으로 표시된 그래프는 제1 캐리어 가스의 유량은 500 sccm, 제2 캐리어 가스의 유량은 1,300 sccm인 경우의 시간에 따른 챔버(210) 내의 TiCl4의 분압의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시키면, 챔버(210) 내부에 분사되는 소스 가스의 시간이 감소하여, 챔버(210) 내부에서 소스 가스의 압력의 포화 시간이 감소하였다. 제1 캐리어 가스 공급 유량이 0 sccm인 경우에는 포화 시간이 5 초로 매우 길었으나, 제1 캐리어 가스 공급 유량이 50 sccm, 100 sccm, 300 sccm, 500 sccm으로 증가함에 따라 포화 시간이 2 초, 1.8 초, 1.4 초, 1.2 초로 감소하였다.

또한, 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시키면, 소스 가스의 오버슈팅 현상이 발생하고 뒤이어 언더슈팅 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 제1 캐리어 가스의 공급 유량이 100 sccm 까지는 오버슈팅 현상이 거의 나타나지 않았으나, 제1 캐리어 가스 공급 유량이 300 sccm, 500 sccm인 경우에는 오버슈팅과 언더슈팅 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

가스 공급부(240)를 통해 챔버(210) 내에 공급되는 소스 가스의 공급 속도를 증가시키기 위해서는 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시켜야 하나, 소스 가스의 초기 압력이 과도하게 증가되는 오버슈팅(over shooting) 현상이 발생하는 것을 억제하기 위해서는 제1 캐리어 가스 공급 유량을 감소시켜야 하므로, 증착속도, 증착된 박막의 균일성, 단차 도포성 등을 고려하여 최적의 제1 캐리어 가스 공급 유량을 선택하여야 하고, 캐리어 가스 공급 유량의 총량을 일정하게 유지하기 위해 제2 캐리어 가스 공급 유량이 결정된다.

표 1은 제1 캐리어 가스 공급 유량 및 제2 캐리어 가스 공급 유량에 따른 단차 도포성을 나타낸 표이다.

제1 캐리어 가스 공급 유량 (sccm)	제2 캐리어 가스 공급 유량 (sccm)	단차 도포성
0	1,800	11.6
100	1,700	16.6
150	1,650	23.1
200	1,600	16.6
400	1,400	13.9
800	1,000	12.8

표 1은 소스 가스는 TiCl4을 사용하였고, 제1 캐리어 가스와 제2 캐리어 가스는 아르곤(Ar)을 사용하여 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법으로 Ti 박막을 형성하였을 때의 단차 도포성을 나타낸 표이다.

표 1에 나타난 바와 같이, 제1 캐리어 가스 공급 유량이 150 sccm, 제2 캐리어 가스 공급 유량이 1,650 sccm인 경우 단차 도포성이 매우 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 최적의 제1 캐리어 가스 공급 유량과 제2 캐리어 가스 공급 유량을 선택하면, 단차 도포성이 현저히 차이가 나는 것을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (6)

1. 내부에서 기판 처리가 수행되는 챔버;
   상기 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지부;
   상기 기판 지지부와 마주보게 배치되며, 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급부;
   상기 기판 처리에 이용되는 소스 가스와 제1 캐리어 가스가 혼합되는 가스 혼합부;
   상기 가스 혼합부에서 혼합된 가스가 상기 가스 공급부에 공급되도록 상기 가스 혼합부와 상기 가스 공급부를 연결하는 가스 공급 라인; 및
   상기 가스 공급 라인에 연결되며, 상기 혼합된 가스에 제2 캐리어 가스를 공급하는 제2 캐리어 가스 라인;을 포함하며,
   상기 소스 가스가 상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급될 때, 공급 초기에 상기 소스 가스의 분압이 과도하게 증가하는 오버슈팅(over shooting) 현상이 발생하는 것을 감소시키기 위해, 상기 제2 캐리어 가스 공급 유량이 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량보다 더 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 캐리어 가스와 상기 제2 캐리어 가스는 동일한 가스인 것을 특징을 하는 기판 처리 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급되는 상기 소스 가스의 초기 압력은 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량 및 상기 제2 캐리어 가스 공급 유량 중 적어도 하나에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 캐리어 가스 공급 유량과 상기 제2 캐리어 가스 공급 유량의 합은 일정한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급되는 상기 소스 가스의 공급 속도를 증가시키기 위해 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 가스 공급부를 통해 상기 챔버 내에 공급되는 상기 소스 가스의 초기 압력이 과도하게 증가되는 오버슈팅(over shooting) 현상이 발생하는 것을 억제하기 위해 상기 제1 캐리어 가스 공급 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

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