KR20220167906A

KR20220167906A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Info

Publication number: KR20220167906A
Application number: KR1020210077187A
Authority: KR
Inventors: 박성현; 전태호; 박재민; 한천호
Original assignee: 주식회사 원익아이피에스
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-12-22

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치로서, 상기 기판 처리 장치는, 복수의 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 원판 형상으로 형성되어 상면에 둘레 방향을 따라 오목하게 형성된 복수개의 포켓홈부가 형성되고, 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지부; 상기 포켓홈부에 안착되어 회전 가능하게 구비되고, 상면에 기판이 안착되는 새틀라이트; 및 상기 기판 지지부와 대향되도록 상기 공정 챔버에 형성되고, 상기 기판 지지부의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판을 향해 처리 가스가 분사될 수 있도록, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 복수의 가스 분사 유닛이 형성되는 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 가스 분사 유닛 중 적어도 어느 하나는, 상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부; 상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부; 및 상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 공급부;를 포함하고, 자전하는 상기 기판에 분사되는 상기 처리 가스가 상기 기판 상에서 원형의 영역별 분포를 가질 수 있도록 상기 제 1 공급부, 상기 제 2 공급부 및 상기 제 3 공급부로 공급되는 상기 처리 가스의 공급을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Apparatus for processing substrate and method of processing substrate}

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 진공 분위기의 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치에서 각종 공정이 수행된다. 예컨대, 챔버 내에 기판을 로딩하고 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다. 여기서, 기판은 공정 챔버 내에 설치된 기판 지지부에 지지되며, 기판 지지부와 대향되도록 기판 지지부의 상부에 설치되는 샤워 헤드를 통해 공정 가스를 기판으로 분사할 수 있다. 한편, 반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있으며, 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(Step coverage)에 대한 문제도 점점 더 심각해지고 있다. 이에 따른 여러 가지 문제점들을 극복할 수 있는 증착 방법으로서 원자층 증착(ALD:Atomic Layer Deposition) 방법이 사용되고 있다.

일반적으로, 원자층을 형성하기 위한 기판 처리 장치는, 기판 지지부에 복수의 기판이 안착되고, 샤워 헤드의 중심부에 복수 개의 가스 분사홀이 형성된 원형의 커튼 가스 분사 유닛이 구비되고, 커튼 가스 분사 유닛의 원주방향을 따라 부채꼴과 유사한 형태로서 복수의 가스 분사홀이 형성된 소스 가스 분사 유닛, 희석 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛이 구비될 수 있다. 여기서, 커튼 가스 분사 유닛은, 소스 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛에서 분사되는 가스가 서로 섞이지 않도록 하는 불활성 가스를 분사하며, 희석 가스 분사 유닛은, 반응되지 않고 기판에 잔류하는 소스 가스 또는 반응 가스를 제거할 수 있도록 희석 가스를 분사할 수 있다.

이때, 기판에 균일한 박막의 성장을 위해서는 기판이 안착되는 기판 지지부 가 회전하고, 기판도 회전하도록 하여 기판이 반응 가스에 노출되는 동안 공전 및 자전을 함으로써 박막의 성장이 실질적으로 균일하게 이루어지도록 유도할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은, 펌핑 유로가 챔버의 가장자리부에 배치되는 경우에 챔버 내부에서의 압력차이에 따라 가스의 공급이 균일하지 않으며, 기판 지지부의 회전에 따라 가스가 확산하여 기판 지지부의 외측 부분이 중심쪽 부분에 비하여 가스에 노출되는 양이 적어 박막의 증착 균일도가 일정하게 보장되지 못하는 문제점이 있으며, 기판 내에서도 영역별로 박막의 두께를 제어하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 처리 공정 중 기판 지지부의 회전과 기판의 회전 운동이 이루어지면서, 영역별 가스 공급 또는 영역별 온도 제어를 통하여 기판 내부의 영역별 가스 반응을 제어하도록 함으로써, 기판에 박막의 성장이 보다 균일하게 이루어지도록 할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 처리 장치가 제공된다. 상기 기판 처리 장치는, 복수의 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 원판 형상으로 형성되어 상면에 둘레 방향을 따라 오목하게 형성된 복수개의 포켓홈부가 형성되고, 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지부; 상기 포켓홈부에 안착되어 회전 가능하게 구비되고, 상면에 기판이 안착되는 새틀라이트; 및 상기 기판 지지부와 대향되도록 상기 공정 챔버에 형성되고, 상기 기판 지지부의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판을 향해 처리 가스가 분사될 수 있도록, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 복수의 가스 분사 유닛이 형성되는 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 가스 분사 유닛 중 적어도 어느 하나는, 상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부; 상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부; 및 상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 공급부;를 포함하고, 자전하는 상기 기판에 분사되는 상기 처리 가스가 상기 기판 상에서 원형의 영역별 분포를 가질 수 있도록 상기 제 1 공급부, 상기 제 2 공급부 및 상기 제 3 공급부로 공급되는 상기 처리 가스의 공급을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 샤워 헤드는, 상기 처리 가스가 선택적으로 도입되는 상기 제 1 공급부, 상기 제 2 공급부 및 상기 제 3 공급부가 형성되는 탑플레이트; 및 상기 탑플레이트와의 사이에 가스확산공간이 형성되도록 상기 탑플레이트의 하부에 배치되며, 상기 제 1 공급부, 상기 제 2 공급부 및 상기 제 3 공급부를 통해 유입되어 상기 가스확산공간에서 확산된 상기 처리 가스가 상기 기판을 향해 분사되도록 상기 가스확산공간의 하측에 다수의 가스 분사공이 형성되는 분사플레이트;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 제 1 공급부에서 가스를 공급하지 않고, 상기 제 2 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 제 3 공급부에서 희석 가스를 공급하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 상기 제 1 공급부 및 상기 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 제 2 공급부에서 가스를 공급하지 않도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 제 1 공급부 및 상기 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 제 2 공급부에서 희석 가스가 공급되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 샤워 헤드는, 상기 내부 영역, 상기 중간 영역 및 상기 가장자리 영역을 상호 격리된 공간으로 분할할 수 있도록 상기 탑플레이트 및 상기 분사플레이트 사이에 설치되는 공간구획부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 샤워 헤드는, 복수개의 소스 가스 분사홀이 형성되며, 부채꼴 형상으로 형성되는 소스 가스 분사 유닛; 복수개의 반응 가스 분사홀이 형성되며, 부채꼴 형상으로 형성되는 반응 가스 분사 유닛; 및 복수개의 퍼지 가스 분사홀이 형성되며, 부채꼴 형상으로 형성되는 퍼지 가스 분사 유닛;을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 처리 가스를 분사하기 위한 가스 분사 유닛은, 상기 소스 가스 분사유닛 및 상기 반응 가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나에 적용 가능할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 기판 처리 장치가 제공된다. 본 발명의 기판 처리 장치는, 복수의 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 원판 형상으로 형성되어 상면에 둘레 방향을 따라 오목하게 형성된 복수개의 포켓홈부가 형성되고, 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지부; 상기 포켓홈부에 안착되어 회전 가능하게 구비되고, 상면에 기판이 안착되는 새틀라이트; 상기 기판 지지부와 대향되도록 상기 공정 챔버에 형성되고, 상기 기판 지지부의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판을 향해 처리 가스가 분사되는 샤워 헤드; 상기 기판을 공정 온도로 가열하기 위하여 상기 기판 지지부의 하부에 형성되는 히터; 및 상기 처리 가스가 상기 기판 상에서 소정의 반응성 차이를 가질 수 있도록 상기 히터의 온도를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 히터는, 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부; 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부; 및 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 제 2 가열부의 온도가 상기 제 1 가열부 및 상기 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 상기 제 1 가열부의 온도가 상기 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어하고, 상기 제 2 가열부의 온도가 상기 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 3 가열부의 온도가 상기 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판 지지부는, 상기 새틀라이트를 부유시키기 위하여 상기 포켓홈부 중앙 부분에 형성되어, 상기 기판 지지부 내부에 형성된 리프팅 가스 유로를 통해 유입된 리프팅 가스가 분사되는 리프팅 가스 홀; 및 상기 포켓홈부에서 부유된 상기 새틀라이트를 회전 구동하도록 상기 포켓홈부 가장자리 부분에 형성되어, 상기 기판 지지부 내부에 형성된 운동 가스 유로를 통해 유입된 운동 가스가 분사되는 운동 가스 홀;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 처리하는 방법이 제공된다. 본 발명의 기판 처리 방법은, 상기 공정 챔버 내 상기 기판 지지부에 복수의 기판들을 로딩시키는 로딩 단계; 리프팅 가스 공급부에서 공급되는 리프팅 가스를 상기 기판 지지부에 형성된 상기 복수의 포켓홈부로부터 분사시켜 상기 복수의 기판들이 안착된 상태로 상기 복수의 새틀라이트를 상기 복수의 포켓홈부로부터 부유시키는 단계; 운동 가스 공급부에서 공급되는 운동 가스를 상기 기판 지지부에 형성된 상기 복수의 포켓홈부로부터 상기 복수의 새틀라이트로 분사시켜 상기 복수의 기판들이 상기 기판 지지부 상에서 자전되도록 부유된 상태의 상기 복수의 새틀라이트를 상기 기판 지지부 상에서 회전시키는 단계; 및 상기 샤워 헤드를 통해서 상기 공정 챔버 내에 처리 가스를 분사하여 상기 복수의 기판들을 처리하기 위한 공정을 진행하는 단계;를 포함하고, 상기 공정을 진행하는 단계는, 상기 기판에 분사되는 상기 처리 가스가 상기 기판 상에서 소정의 분포를 가질 수 있도록 상기 가스 분사 유닛에 공급되는 상기 처리 가스를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 처리 가스를 제어하는 단계에서, 상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 샤워 헤드에서 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부는 가스를 공급하지 않고, 상기 샤워 헤드에서 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 샤워 헤드에서 가장자리 영역의 일부분에 형성되는 제 3 공급부에서는 희석 가스를 공급하여 상기 복수의 기판들을 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 처리 가스를 제어하는 단계에서, 상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 상기 샤워 헤드에서 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부에서 가스를 공급하지 않고, 상기 샤워 헤드에서 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부 및 상기 샤워 헤드에서 가장자리 영역의 일부분에 형성되는 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하여 상기 복수의 기판들을 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 처리 가스를 제어하는 단계에서, 상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 샤워 헤드에서 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부에서 희석 가스를 공급하고, 상기 샤워 헤드에서 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부 및 상기 샤워 헤드에서 가장자리 영역의 일부분에 형성되는 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하여 상기 복수의 기판들을 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전시키는 단계 이후에, 상기 기판 지지부의 하부에 상기 기판 지지부의 하면과 대향되도록 형성되는 히터를 통하여 가능한 공정 온도로 상기 복수의 기판들을 가열시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 가열시키는 단계는, 상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부 및 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하여 상기 복수의 기판들을 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 가열시키는 단계는, 상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하고, 상기 제 2 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하여 상기 복수의 기판들을 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 가열시키는 단계는, 상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부 및 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하여 상기 복수의 기판들을 처리할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 따르면, 기판의 처리 공정 시 기판 지지부의 회전과 기판의 회전 운동이 이루어지면서 영역별 가스 공급 또는 영역별 온도 제어를 통하여 기판 내부의 영역별 가스 반응을 제어하도록 함으로써, 기판에 박막의 성장이 보다 균일하게 이루어질 수 있다.

또한, 영역별 가스 공급 또는 영역별 온도 제어를 통하여 가스의 유량을 제어하여 반응성 차이를 이용하여 동심원 맵 제어가 가능할 수 있으며, 기판 내의 영역별로 성장을 제어함으로써, 기판의 처리 품질을 높이고 공정 수율을 증가시키는 효과를 가지는 기판 지지부 및 기판 처리 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 기판 지지부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드의 탑플레이트의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드의 분사플레이트의 일부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드가 기판의 상부에 배치되는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공간구획부재를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터가 기판의 상부에 배치되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 샤워 헤드에서 영역별 가스 공급에 따른 기판상의 가스 균일도를 나타내는 실험결과이다.
도 11은 본 발명의 히터에서 영역별 가열에 따른 기판상의 가스 균일도를 나타내는 실험결과이다.

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 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 기판 지지부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 크게 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 새틀라이트(300), 샤워 헤드(400) 및 제어부(500)을 포함할 수 있다.

공정 챔버(100)는, 기판(S)을 처리할 수 있는 처리 공간(A)이 형성되는 챔버 몸체를 포함할 수 있다. 상기 챔버 몸체는 내부에 원형 또는 사각 형상으로 형성되는 처리 공간(A)이 형성될 수 있다. 처리 공간(A)에서는 처리 공간(A)에 설치된 기판 지지부(200)에 지지되는 기판(S) 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다.

또한, 도시되진 않았지만, 상기 챔버 몸체의 하측에는 기판 지지부(200)를 둘러싸는 형상으로 복수의 배기 포트가 설치될 수 있다. 상기 배기 포트는, 배기관을 통하여 공정 챔버(100) 외부에 설치된 메인 진공 펌프와 연결될 수 있다. 또한, 상기 배기 포트는 공정 챔버(100)의 처리 공간(A) 내부의 공기를 흡입함으로써, 처리 공간(A) 내부의 각종 처리 가스를 배기시키거나 처리 공간(A) 내부에 진공 분위기가 형성될 수 있다.

도시되진 않았지만, 상기 챔버 몸체의 측면에는 기판(S)을 처리 공간(A)으로 로딩 또는 언로딩할 수 있는 통로인 게이트가 형성될 수 있으며, 기판 지지부(200)의 하부에 기판 지지부(200)를 지지하고 회전시키는 샤프트가 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(200)는, 기판(S)을 지지할 수 있도록 공정 챔버(100)의 처리 공간(A)에 구비되어, 공정 챔버(100)의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(200)는, 기판(S)을 지지할 수 있는 서셉터나 테이블 등을 포함하는 기판 지지 구조체일 수 있다.

기판 지지부(200)는, 원판 형상으로 형성되어 상면에 둘레 방향을 따라 오목하게 형성된 복수개의 포켓홈부(210)가 형성되고, 공정 챔버(100)의 처리 공간(A)에 회전 가능하게 구비될 수 있다.

기판 지지부(200)는, 공정 챔버(100)의 처리 공간(A)에 회전 가능하게 설치될 수 있도록 원판 형상으로 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 기판 지지부(200)는 원판 형상으로 형성되어 상면에 둘레 방향을 따라 오목하게 형성된 복수개의 포켓홈부(210)가 형성되고, 이러한, 기판 지지부(200)의 포켓홈부(210)는 기판 지지부(200)에 복수의 기판들(S)이 안착될 수 있도록, 기판 지지부(200)의 회전축(C)을 중심으로 복수개가 방사상으로 등각 배치될 수 있다.

기판 지지부(200)는, 새틀라이트(300)를 부유시키기 위하여 포켓홈부(210) 중앙 부분에 형성되어, 기판 지지부(200) 내부에 형성된 리프팅 가스 유로(230)를 통해 유입된 리프팅 가스가 분사되는 리프팅 가스 홀(240)을 포함할 수 있다.

기판 지지부(200)는 공정 챔버(100) 외부에 형성된 리프팅 가스 공급부에서 리프팅 가스를 공급받으며, 공급되는 상기 리프팅 가스는 리프팅 가스 유로(230)를 통하여 복수의 새틀라이트(300)에 공급될 수 있다. 따라서, 새틀라이트(300)가 회전되기 전에, 기판 지지부(200) 상면에 안착된 새틀라이트(300)를 충분히 부유시킬 수 있다.

이때, 새틀라이트(300)를 포켓홈부(210)에서 부유시킬 수 있도록 포켓홈부(210) 중앙부 하부에 리프팅 가스 홀(240)이 형성되며, 리프팅 가스 유로(230)와 연결되는 리프팅 가스 홀(240)에서 상기 리프팅 가스가 분사되어 새틀라이트(300)를 부유시킬 수 있다.

기판 지지부(200)는, 포켓홈부(210)에서 부유된 새틀라이트(300)를 회전 구동하도록 포켓홈부(210) 가장자리 부분에 형성되어, 기판 지지부(200) 내부에 형성된 운동 가스 유로(250)를 통해 유입된 운동 가스가 분사되는 운동 가스 홀(260)을 포함할 수 있다.

기판 지지부(200)는, 공정 챔버(100) 외부에 형성된 운동 가스 공급부에서 운동 가스를 공급받으며, 공급되는 상기 운동 가스는 운동 가스 유로(250)를 통하여 복수의 새틀라이트(300)에 공급될 수 있다.

이때, 새틀라이트(300)를 포켓홈부(210)에서 회전시킬 수 있도록 포켓홈부(210) 가장자리부 하부 또는 측부에 운동 가스 홀(260)이 형성되며, 운동 가스 유로(250)와 연결되는 운동 가스 홀(260)에서 상기 운동 가스가 분사되어 새틀라이트(300)를 회전시킬 수 있다.

새틀라이트(300)는 기판 지지부(200)를 통해 공급되는 가스의 압력에 의해 부유 된 상태로 회전되어, 상면에 안착된 각각의 기판들(S)을 자전시킬 수 있도록, 포켓홈부(210)의 내부에 각각 안착되는 원판 형상으로 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드(400)의 탑플레이트(410)의 일부를 나타내는 도면이고, 도 4는 샤워 헤드(400)의 분사플레이트(420)의 일부를 나타내는 도면이고, 도 5는 샤워 헤드(400)가 기판(S)의 상부에 배치되는 것을 나타내는 도면이다

도 1, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(400)는, 기판 지지부(200)의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 복수의 기판들(S)을 향해 처리 가스가 분사될 수 있도록, 기판 지지부(200)와 대향되는 대향면에 회전축(C)을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 가스 분사 유닛을 포함할 수 있다.

샤워 헤드(400)는 기판 지지부(200)와 대향되도록 공정 챔버(100) 상부에 형성되어, 소스 가스, 반응 가스, 증착 조절 가스 및 퍼지 가스 등의 상기 처리 가스가 하부의 복수의 기판들(S)을 향하여 낙하하도록 분사할 수 있다.

샤워 헤드(400)는 공정 챔버(100) 외부에 형성된 소스 가스, 반응 가스, 증착 조절 가스 및 퍼지 가스 등의 각각의 가스 공급부가 형성될 수 있다.

샤워 헤드(400)는 탑플레이트(410) 및 분사플레이트(420)을 포함할 수 있다.

상기 가스 분사 유닛은, 부채꼴 형상의 탑플레이트(410) 및 분사플레이트(420)가 결합되어 형성될 수 있으며, 이때, 샤워 헤드(400)는 상기 복수의 가스 분사 유닛이 결합되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 가스 분사 유닛은 부채꼴 형상의 분사플레이트(420)로서 원형의 탑플레이트(410)에 결합되어 샤워 헤드(400)를 형성할 수 있다.

샤워 헤드(400)는 복수개의 소스 가스 분사홀이 형성되며, 부채꼴 형상으로 형성되는 소스 가스 분사 유닛, 복수개의 반응 가스 분사홀이 형성되며, 부채꼴 형상으로 형성되는 반응 가스 분사 유닛 및 복수개의 퍼지 가스 분사홀이 형성되며, 부채꼴 형상으로 형성되는 퍼지 가스 분사 유닛을 포함 할 수 있다.

상기 처리 가스를 분사하기 위한 상기 가스 분사 유닛은, 상기 소스 가스 분사유닛 및 상기 반응 가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나에 적용 가능할 수 있다.

샤워 헤드(40)는 공정 챔버(100)의 외부에서 공급되는 소스 가스, 반응 가스, 증착 조절 가스 및 퍼지 가스 등의 상기 처리 가스를 하부에 형성된 가스확산공간(B)으로 주입하는 유로를 형성할 수 있으며, 상기 유로는 가스 분사 유닛의 가스확산공간(B)으로 유입될 수 있다.

이때, 적어도 하나의 상기 가스 분사 유닛은, 제 1 공급부(411), 제 2 공급부(412) 및 제 3 공급부(413)를 포함할 수 있다. 특히, 소스 가스 또는 반응 가스가 공급되는 가스 분사 유닛에 제 1 공급부(411), 제 2 공급부(412) 및 제 3 공급부(413)가 형성될 수 있다.

탑플레이트(410)는 상기 처리 가스가 도입되는 제 1 공급부(411), 제 2 공급부(412) 및 제 3 공급부(413)를 포함할 수 있으며, 회전축(C)을 기준으로 내부 영역(I)의 일부분에 형성되는 제 1 공급부(411), 중간 영역(II)의 일부분에 형성되는 제 2 공급부(412) 및 가장자리 영역(III)에 형성되는 제 3 공급부(413)가 형성될 수 있다.

제 1 공급부(411)는 내부 영역(I)의 일부분에 형성되는 것으로, 내부 영역(I)은 샤워 헤드(400)에서 기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분하여, 회전축(C)에 가장 가까운 영역일 수 있다.

제 2 공급부(412)는 중간 영역(II)의 일부분에 형성되는 것으로, 중간 영역(II)은 샤워 헤드(400)에서 기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분한 영역 중 가운데 영역일 수 있다.

제 3 공급부(413)는 가장자리 영역(III)의 일부분에 형성되는 것으로, 가장자리 영역(III)은 샤워 헤드(400)에서 기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분한 영역 중 가장 바깥쪽에 형성된 영역일 수 있다.

예컨대, 샤워 헤드(400)에서 기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분한 영역은 지름 방향의 길이로 균등 분할하여 3개의 영역으로 구분할 수 있으며, 기판(S)에 대응되는 면적으로 균등 분할하여 3개의 영역으로 구분할 수 있다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 분사플레이트(420)는 탑플레이트(410)와의 사이에 가스확산공간(B)이 형성되도록 상기 탑플레이트(410)의 하부에 배치될 수 있으며, 분사플레이트(420)는, 제 1 공급부(411), 제 2 공급부(412) 및 제 3 공급부(413)를 통해 유입되어 상기 가스확산공간(B)에서 확산된 상기 처리 가스가 기판(S)을 향해 분사되도록 가스확산공간(B)의 하측에 다수의 가스 분사공(421)이 형성될 수 있다.

이때, 기판(S)은 중심에서부터 반경 방향으로 제 1 거리까지의 영역인 중심부와 제 1 거리부터 기판(S)의 외측까지 영역인 가장자리부를 포함할 수 있다.

제어부(500)는 기판(S)에 분사되는 상기 처리 가스가 기판(S) 상에서 소정의 분포를 가질 수 있도록 상기 가스 분사 유닛에 공급되는 상기 처리 가스를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(500)는 공정 챔버(100) 외부에 형성된 가스 공급부로부터 가스확산공간(B)으로 상기 처리 가스가 공급되고, 각각의 상기 가스 공급부에 형성된 유량 조절장치를 제어할 수 있다.

예컨대, 제어부(500)는, 기판(S) 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 즉, 중심부 고농도 제어할 수 있도록, 제 1 공급부(411)에서 가스를 공급하지 않고, 제 2 공급부(412)에서 상기 처리 가스를 공급하고, 제 3 공급부(413)에서 희석 가스를 공급하도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 제 1 공급부(411) 및 제 3 공급부(413)에서 상기 처리 가스가 공급되지 않아 기판(S)을 기준으로 기판(S)의 가장자리부에는 상기 처리 가스의 반응이 최소가 되며, 제 2 공급부(412)에서 상기 처리 가스를 공급하여 기판(S)의 중심부에는 상기 처리 가스의 반응이 최대가 될 수 있다. 다만, 기판 지지부(200)의 회전으로 인하여 제 2 공급부(412)에서 공급되는 상기 처리 가스가 제 3 공급부(413)방향인 기판의 가장자리부로 이동하므로, 제 3 공급부(413)에서는 희석 가스를 공급하여 반응을 억제할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 제어를 통하여 기판(S)의 중심부에서 중점적으로 반응을 일으키는 중심부 고농도 제어가 가능할 수 있다.

이때, 희석 가스는 퍼지 가스와 동일한 불활성 가스인 N2, Ar 등의 가스일 수 있다.

또한, 제어부(500)는, 기판(S) 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 즉, 기판(S)을 균일 제어할 수 있도록, 제 1 공급부(411) 및 제 3 공급부(413)에서 상기 처리 가스를 공급하고, 제 2 공급부(412)에서 가스를 공급하지 않도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 제 1 공급부(411) 및 제 3 공급부(413)에서 상기 처리 가스를 공급하여 기판(S)의 가장자리부에는 상기 처리 가스의 반응이 최대가 되며, 제 2 공급부(412)에서 상기 처리 가스를 공급하지 않아 기판(S)의 중심부에는 상기 처리 가스의 반응이 최소가 될 수 있다. 다만, 기판 지지부(200)의 회전으로 인하여 제 1 공급부(411)에서 공급되는 상기 처리 가스가 제 2 공급부(412) 방향인 기판(S)의 중심부로 이동하여 기판(S)의 중심부에서도 반응이 일어날 수 있다.

따라서, 상기와 같은 제어를 통하여 기판(S)의 가장자리부에서 중심부까지 균일한 반응을 일으키는 균일 제어가 가능할 수 있다.

또한, 제어부(500)는, 기판(S) 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 제 1 공급부(411) 및 제 3 공급부(413)에서 상기 처리 가스를 공급하고, 제 2 공급부(412)에서 희석 가스가 공급되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 제 1 공급부(411) 및 제 3 공급부(413)에서 상기 처리 가스를 공급하여 기판(S)의 가장자리부에는 상기 처리 가스의 반응이 최대가 될 수 있다. 이때, 제 2 공급부(412)에서 희석 가스를 공급하여 기판 지지부(200)의 회전으로 제 2 공급부(412) 방향인 기판(S)의 중심부로 이동하는 상기 처리 가스가 기판(S)의 중심부에서 반응하는 것을 억제할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 제어를 통하여 기판(S)의 가장자리부에서 중점적으로 반응을 일으키는 가장자리부 고농도 제어가 가능할 수 있다.

즉, 기판 지지부(200)의 공전과 기판(S)의 자전에 따라 제 1 공급부(411), 제 2 공급부(412) 및 제 3 공급부(413)에서 공급되는 상기 처리 가스를 제어하여 기판(S)의 영역별 반응을 제어할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(400)는, 내부 영역(I), 중간 영역(II) 및 가장자리 영역(III)을 상호 격리된 공간으로 분할할 수 있도록 탑플레이트(410) 및 분사플레이트(420) 사이에 설치되는 공간구획부재(430)를 더 포함할 수 있다.

가스확산공간(B)에 공간구획부재(79)가 설치됨으로써 복수의 공간들은 상호 연통되지 않고 격리되어, 분사플레이트(420)의 하부에 분사되는 상기 처리 가스의 유량을 더 미세하게 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터(600)를 나타내는 도면이고, 도 8은 히터(600)가 기판(S)의 상부에 배치되는 것을 나타내는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 히터(600)를 더 포함할 수 있다.

히터(600)는 기판 지지부(200)의 하면에 대향되도록 형성되어, 포켓홈부(210)에 안착되는 기판(S)을 박막을 증착하는 공정 또는 박막을 식각하는 공정이 가능한 공정 온도로 가열시킬 수 있다.

히터(600)는, 기판 지지부(200)의 회전축(C)을 기준으로 내부 영역(I)에 형성되는 제 1 가열부(610), 중간 영역(II)에 형성되는 제 2 가열부(620) 및 가장자리 영역(III)에 형성되는 제 3 가열부(630)를 포함할 수 있다.

제 1 가열부(610)는 내부 영역(I)의 일부분에 형성되는 것으로, 내부 영역(I)은 히터(600)에서 기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분하여, 회전축(C)에 가장 가까운 영역일 수 있다.

제 2 가열부(620)는 중간 영역(II)의 일부분에 형성되는 것으로, 중간 영역(II)은 히터(600)에서 기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분한 영역 중 가운데 영역일 수 있다.

제 3 가열부(630)는 가장자리 영역(III)의 일부분에 형성되는 것으로, 가장자리 영역(III)은 히터(600)에서 기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분한 영역 중 상기 회전축에서 가장 먼 가장 바깥쪽에 형성된 영역일 수 있다.

기판(S)과 대응되는 영역을 3 등분한 영역은 지름 방향의 길이로 균등 분할하여 3개의 영역으로 구분할 수 있으며, 기판(S)에 대응되는 면적으로 균등 분할하여 3개의 영역으로 구분할 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 히터(600) 내부의 3개의 가열부는 내부 영역(I)에 포함되고, 중간부 2개의 가열부는 중간 영역(II)에 포함되고, 외부 2개의 가열부는 가장자리 영역(III)에 포함될 수 있다.

이때, 가열부의 개수 및 영역 분할은 기판(S)을 가열하기 위한 다양한 방법으로 변경하여 적용 가능하다.

제어부(500)는 기판(S)에 증착되는 상기 처리 가스의 온도에 따른 반응성 차이를 이용하여 기판(S)의 반응 정도를 제어할 수 있다.

예컨대, 제어부(500)는, 기판(S) 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 즉, 중심부 고농도 제어할 수 있도록, 제 2 가열부(620)의 온도가 제 1 가열부(610) 및 제 3 가열부(630)의 온도 보다 높게 가열되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 제 2 가열부(620)의 온도를 제 1 가열부(610) 및 제 3 가열부(630)의 온도 보다 높게 유지하여, 기판(S)을 기준으로 기판(S)의 중심부에서 상기 처리 가스의 반응이 최대가 되고, 기판(S)의 가장자리부에는 상기 처리 가스의 반응이 최소가 될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 온도 제어를 통하여 기판(S)의 중심부에서 중점적으로 반응을 일으키는 중심부 고농도 제어가 가능할 수 있다.

또한, 제어부(500)는, 기판(S) 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 즉, 기판(S)을 균일 제어할 수 있도록, 제 1 가열부(610)의 온도가 제 2 가열부(620)의 온도 보다 높게 가열되도록 제어하고, 제 2 가열부(620)의 온도가 제 3 가열부(630)의 온도 보다 높게 가열되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 제 2 가열부(620)에 대응되는 기판(S)의 중심부가 상대적으로 낮은 온도에도 지속적으로 가열되어 상기 처리 가스의 반응이 일어날 수 있고, 기판(S)의 회전으로 인하여 기판(S)의 가장자리부는 상대적으로 높은 온도를 유지하여도 회전으로 인하여 상기 처리 가스의 반응이 낮게 일어날 수 있다. 따라서, 상기와 같은 온도 제어를 통하여 기판(S)의 가장자리부에서 중심부까지 균일한 반응을 일으키는 균일 제어가 가능할 수 있다.

또한, 제어부(500)는, 기판(S)을 가장자리부 고농도 제어할 수 있도록, 제 1 가열부(610) 및 제 3 가열부(630)의 온도가 제 2 가열부(620)의 온도 보다 높게 가열되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 제 2 가열부(620)의 온도를 제 1 가열부(610) 및 제 3 가열부(630)의 온도 보다 낮게 유지하여, 기판(S)을 기준으로 기판(S)의 중심부에서 상기 처리 가스의 반응이 최소가 되고, 기판(S)의 가장자리부에는 상기 처리 가스의 반응이 최대가 될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 온도 제어를 통하여 기판(S)의 가장자리부에서 중점적으로 반응을 일으키는 가장자리부 고농도 제어가 가능할 수 있다.

즉, 기판 지지부(200)의 공전과 기판(S)의 자전에 따라 제 1 가열부(610), 제 2 가열부(620) 및 제 3 가열부(630)에서 가열되는 온도를 제어하여 기판(S)의 영역별 반응을 제어할 수 있다.

도 9는 본 발명의 여러 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 로딩 단계(S10), 부유 단계(S20), 회전 단계(S30) 및 공정 단계(S40)를 포함할 수 있다.

로딩 단계(S10)는 공정 챔버(100) 내 기판 지지부(200)에 복수의 기판들(S)을 로딩시키는 단계이다.

부유 단계(S20)는 리프팅 가스 공급부에서 공급되는 리프팅 가스를 기판 지지부(200)에 형성된 복수의 포켓홈부(210)로부터 분사시켜 복수의 기판들(S)이 안착된 상태로 복수의 새틀라이트(300)를 복수의 포켓홈부(210)로부터 부유시키는 단계이다.

회전 단계(S30)는 운동 가스 공급부에서 공급되는 운동 가스를 기판 지지부(200)에 형성된 복수의 포켓홈부(210)로부터 복수의 새틀라이트(300)로 분사시켜 복수의 기판들(S)이 기판 지지부(200) 상에서 자전되도록 부유된 상태의 복수의 새틀라이트(300)를 기판 지지부(200) 상에서 회전시키는 단계이다.

부유된 상태의 복수의 새틀라이트(300)를 기판 지지부(200) 상에서 회전시키는 단계 이후에, 복수의 새틀라이트(300)가 안착된 기판 지지부(200)를 구동부로부터 회전력을 공급받아 샤프트를 통하여 기판 지지부(200)를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 기판 지지부(200)를 회전시키는 단계는, 기판 지지부(200)가 회전 함으로써, 기판 지지부(200)에 형성된 복수의 포켓홈부(210)에서 부유되어 회전하고 있는 상태의 복수의 새틀라이트(300)를 공전시킬 수 있다

이때, 기판 지지부(200)를 회전 시키는 단계, 복수의 새틀라이트(300)를 부유시키는 단계 및 복수의 새틀라이트(300)를 회전 시키는 단계는 공정의 특성에 따라 선택적으로 순서의 변경이 가능하다.

공정 단계(S40)는 샤워 헤드(400)를 통해서 공정 챔버(100) 내에 처리 가스를 분사하여 복수의 기판들(S)을 처리하기 위한 공정을 진행하는 단계이다.

도 10은 본 발명의 샤워 헤드(400)에서 영역별 가스 공급에 따른 기판상의 가스 균일도를 나타내는 실험결과이다.

도 10은 자공전, 샤워 헤드(400)의 제 1 공급부(411), 제 2 공급부(412) 및 제 3 공급부(413)의 동작을 나타내며, 동작에 따른 맵을 나타내고 있다. 이때, Top은 제 1 공급부, Mid는 제 2 공급부, BTM은 제 3 공급부를 나타내며, D는 다일루션 가스(dilution gas) 공급을 나타낸다.

종래의 발명은 기판 지지부(200)가 회전하는 공전만 이루어지며, 이때, 기판 지지부(200)의 중심부에서 상기 처리 가스가 분사될 경우, 도 10의 (공전.Ref.)에서와 같이, 가스 분사 영역과 상관없이 기판의 하부로 갈수록 점차 높은 증착율이 나타나는 흐름성 맵이 나타났다.

또한, 기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 기판 지지부(200)의 중심부에서 상기 처리 가스가 분사될 경우, 도 10의 (자공전.Ref.)에서와 같이, 기판의 회전에 따라 선속도 차이에 의하여 기판의 중심부에서 높은 두께차이가 나타났다.

기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 내부 영역(I)의 일부분에 형성되는 제 1 공급부(411)는 가스를 공급하지 않고, 중간 영역(II)의 일부분에 형성되는 제 2 공급부(412)에서 상기 처리 가스를 공급하고, 가장자리 영역(III)의 일부분에 형성되는 제 3 공급부(413)에서 희석 가스를 공급할 경우, 도 10의 (자공전.Center high map)에서와 같이, 기판의 중심부 위치에 가스 영향성 증가를 통하여 센터 하이 맵을 구현할 수 있다.

또한, 기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 중간 영역(II)의 일부분에 형성되는 제 2 공급부(412)에서 가스를 공급하지 않고, 내부 영역(I)의 일부분에 형성되는 제 1 공급부(411) 및 가장자리 영역(III)의 일부분에 형성되는 제 3 공급부(413)에서 상기 처리 가스를 공급할 경우, 도 10의 (자공전.Flat map)에서와 같이, 기판의 가장자리부의 두께가 상기 보다 높아져 플랫 맵을 구현할 수 있다.

또한, 기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 중간 영역(II)의 일부분에 형성되는 제 2 공급부(412)에서 희석 가스를 공급하고, 내부 영역(I)의 일부분에 형성되는 제 1 공급부(411) 및 가장자리 영역(III)의 일부분에 형성되는 제 3 공급부(413)에서 상기 처리 가스를 공급할 경우, 도 10의 (자공전.Edge high map)에서와 같이, 기판 중심부 영역의 반응가스 농도 감소를 통하여 엣지 하이 맵을 구현할 수 있다.

즉, 기판 지지부(200)의 공전과 기판(S)의 자전에 따라 공정 단계(S40)에서 제 1 공급부(411), 제 2 공급부(412) 및 제 3 공급부(413)에서 공급되는 상기 처리 가스를 제어하여 기판(S)의 영역별 반응을 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 가열 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.

가열 단계(S50)는, 회전시키는 단계(S30) 이후에, 기판 지지부(200)의 하부에 기판 지지부(200)의 하면과 대향되도록 형성되는 히터(600)를 통하여 증착 또는 식각이 가능한 공정 온도로 복수의 기판들을 가열시키는 단계이다.

도 11은 본 발명의 히터(600)에서 영역별 가열에 따른 기판상의 가스 균일도를 나타내는 실험결과이다.

도 11은 자공전과 히터(600)에 형성된 제 1 가열부(610), 제 2 가열부(620) 및 제 3 가열부(630)의 동작을 나타내며, 동작에 따른 맵을 나타내고 있다.

종래의 발명은 기판 지지부(200)가 회전하는 공전만 이루어지며, 이때, 기판 지지부(200)의 기판의 하부에서 균일하게 가열될 경우, 도 11의 (공전.Ref.)에서와 같이, 기판의 하부로 갈수록 점차 높은 증착율이 나타나는 흐름성 맵이 나타났다.

또한, 기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 기판의 하부에서 균일하게 가열될 경우, 도 11의 (자공전.Ref.)에서와 같이, 기판의 중심부가 높은 동심원 맵이 구현된다.

기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 기판 지지부(200)의 회전축(C)을 기준으로 중간 영역(II)에 형성되는 제 2 가열부(620)의 온도가 기판 지지부(200)의 회전축(C)을 기준으로 내부 영역(I)에 형성되는 제 1 가열부(610) 및 기판 지지부의 회전축(C)을 기준으로 가장자리 영역(III)에 형성되는 제 3 가열부(630)의 온도 보다 높게 가열되도록 동작할 경우, 도 11의 (자공전.Center high map)에서와 같이, 기판의 중심부 위치에 온도가 높아질 수 있다.

또한, 기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 제 1 가열부(610)의 온도가 제 2 가열부(620)의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하고, 제 2 가열부(620)의 온도가 제 3 가열부(630)의 온도 보다 높게 가열되도록 동작할 경우, 도 11의 (자공전.Flat map)에서와 같이, 기판의 중심부에서 가장자리부로 온도 구배가 발생될 수 있다.

또한, 기판 지지부(200)가 회전하는 공전 및 기판이 회전하는 자전이 모두 이루어지며, 제 1 가열부(610) 및 제 3 가열부(630)의 온도가 제 2 가열부(620)의 온도 보다 높게 가열되도록 동작할 경우, 도 11의 (자공전.Edge high map)에서와 같이, 기판 가장자리부의 온도가 높게 발생될 수 있다.

이에 따라, 기판(S)의 온도를 영역별로 제어하여 온도에 따른 상기 처리 가스의 반응성 차이를 이용할 수 있다. 즉, 히터(600)를 제 1 가열부(610), 제 2 가열부(620) 및 제 3 가열부(630)의 영역별로 온도를 제어하여 기판(S)의 중심부-가장자리부 간의 온도 차이를 발생시켜 공정을 진행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 샤워 헤드(400)의 영역별 가스 조합 및 유량 제어 및 히터(600)의 영역별 온도 제어를 통하여 기판(S)의 회전에 따른 영역별 증착 제어가 가능할 수 있다.

상기에서는 샤워 헤드(400)의 영역별 가스 제어와 히터(600)의 영역별 온도 제어를 구분하여 설명하였으나, 가스와 온도를 동시에 제어하여 맵 컨트롤을 극대화 할 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.

A : 처리 공간
B : 가스확산공간
C : 회전축
S: 기판
I : 내부 영역
II : 중간 영역
III : 가장자리 영역
100 : 공정 챔버
200 : 기판 지지부
210 : 포켓홈부
230 : 리프팅 가스 유로
240 : 리프팅 가스 홀
250 : 운동 가스 유로
260 : 운동 가스 홀
300 : 새틀라이트
400 : 샤워 헤드
410 : 탑플레이트
411 : 제 1 공급부
412 : 제 2 공급부
413 : 제 3 공급부
420 : 분사플레이트
430 : 공간구획부재
500 : 제어부
600 : 히터
610 : 제 1 가열부
620 : 제 2 가열부
630 : 제 3 가열부

Claims

복수의 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
원판 형상으로 형성되어 상면에 둘레 방향을 따라 오목하게 형성된 복수개의 포켓홈부가 형성되고, 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지부;
상기 포켓홈부에 안착되어 회전 가능하게 구비되고, 상면에 기판이 안착되는 새틀라이트; 및
상기 기판 지지부와 대향되도록 상기 공정 챔버에 형성되고, 상기 기판 지지부의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판을 향해 처리 가스가 분사될 수 있도록, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 복수의 가스 분사 유닛이 형성되는 샤워 헤드;
를 포함하고,
상기 가스 분사 유닛 중 적어도 어느 하나는,
상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부;
상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부; 및
상기 처리 가스가 선택적으로 공급되도록 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 공급부;
를 포함하고,
자전하는 상기 기판에 분사되는 상기 처리 가스가 상기 기판 상에서 원형의 영역별 분포를 가질 수 있도록 상기 제 1 공급부, 상기 제 2 공급부 및 상기 제 3 공급부로 공급되는 상기 처리 가스의 공급을 제어하는 제어부;
를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 샤워 헤드는,
상기 처리 가스가 선택적으로 도입되는 상기 제 1 공급부, 상기 제 2 공급부 및 상기 제 3 공급부가 형성되는 탑플레이트; 및
상기 탑플레이트와의 사이에 가스확산공간이 형성되도록 상기 탑플레이트의 하부에 배치되며, 상기 제 1 공급부, 상기 제 2 공급부 및 상기 제 3 공급부를 통해 유입되어 상기 가스확산공간에서 확산된 상기 처리 가스가 상기 기판을 향해 분사되도록 상기 가스확산공간의 하측에 다수의 가스 분사공이 형성되는 분사플레이트;
를 포함하는, 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 제 1 공급부에서 가스를 공급하지 않고, 상기 제 2 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 제 3 공급부에서 희석 가스를 공급하도록 제어하는, 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 상기 제 1 공급부 및 상기 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 제 2 공급부에서 가스를 공급하지 않도록 제어하는, 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 제 1 공급부 및 상기 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 제 2 공급부에서 희석 가스가 공급되도록 제어하는, 기판 처리 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 샤워 헤드는,
상기 내부 영역, 상기 중간 영역 및 상기 가장자리 영역을 상호 격리된 공간으로 분할할 수 있도록 상기 탑플레이트 및 상기 분사플레이트 사이에 설치되는 공간구획부재;
를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 샤워 헤드는,
복수개의 소스 가스 분사홀이 형성되는 소스 가스 분사 유닛;
복수개의 반응 가스 분사홀이 형성되며, 상기 소스 가스분사 유닛으로부터 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 반응 가스 분사 유닛; 및
복수개의 퍼지 가스 분사홀이 형성되며, 상기 소스가스 분사 유닛과 상기 반응 가스 분사 유닛 사이에 배치되는 퍼지 가스 분사 유닛;
을 포함하는, 기판 처리 장치
제 7 항에 있어서,
상기 처리 가스를 분사하기 위한 가스 분사 유닛은,
상기 소스 가스 분사유닛 및 상기 반응 가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나에 적용 가능한, 기판 처리 장치.
복수의 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
원판 형상으로 형성되어 상면에 둘레 방향을 따라 오목하게 형성된 복수개의 포켓홈부가 형성되고, 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지부;
상기 포켓홈부에 안착되어 회전 가능하게 구비되고, 상면에 기판이 안착되는 새틀라이트;
상기 기판 지지부와 대향되도록 상기 공정 챔버에 형성되고, 상기 기판 지지부의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판을 향해 처리 가스가 분사되는 샤워 헤드;
상기 기판을 공정 온도로 가열하기 위하여 상기 기판 지지부의 하부에 형성되는 히터; 및
상기 처리 가스가 상기 기판 상에서 소정의 반응성 차이를 가질 수 있도록 상기 히터의 온도를 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 히터는,
상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부;
상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부; 및
상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부;
를 포함하는, 기판 처리 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 제 2 가열부의 온도가 상기 제 1 가열부 및 상기 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어하는, 기판 처리 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 상기 제 1 가열부의 온도가 상기 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어하고, 상기 제 2 가열부의 온도가 상기 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어하는, 기판 처리 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 제 1 가열부 및 상기 제 3 가열부의 온도가 상기 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 제어하는, 기판 처리 장치.
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 기판 지지부는,
상기 새틀라이트를 부유시키기 위하여 상기 포켓홈부 중앙 부분에 형성되어, 상기 기판 지지부 내부에 형성된 리프팅 가스 유로를 통해 유입된 리프팅 가스가 분사되는 리프팅 가스 홀; 및
상기 포켓홈부에서 부유된 상기 새틀라이트를 회전 구동하도록 상기 포켓홈부 가장자리 부분에 형성되어, 상기 기판 지지부 내부에 형성된 운동 가스 유로를 통해 유입된 운동 가스가 분사되는 운동 가스 홀;
을 포함하는, 기판 처리 장치.
제 1 항의 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 처리하는 방법으로서,
상기 공정 챔버 내 상기 기판 지지부에 복수의 기판들을 로딩시키는 로딩 단계;
리프팅 가스 공급부에서 공급되는 리프팅 가스를 상기 기판 지지부에 형성된 상기 복수의 포켓홈부로부터 분사시켜 상기 복수의 기판들이 안착된 상태로 상기 복수의 새틀라이트를 상기 복수의 포켓홈부로부터 부유시키는 단계;
운동 가스 공급부에서 공급되는 운동 가스를 상기 기판 지지부에 형성된 상기 복수의 포켓홈부로부터 상기 복수의 새틀라이트로 분사시켜 상기 복수의 기판들이 상기 기판 지지부 상에서 자전되도록 부유된 상태의 상기 복수의 새틀라이트를 상기 기판 지지부 상에서 회전시키는 단계; 및
상기 샤워 헤드를 통해서 상기 공정 챔버 내에 처리 가스를 분사하여 상기 복수의 기판들을 처리하기 위한 공정을 진행하는 단계;
를 포함하고,
상기 공정을 진행하는 단계는,
상기 기판에 분사되는 상기 처리 가스가 상기 기판 상에서 소정의 분포를 가질 수 있도록 상기 가스 분사 유닛에 공급되는 상기 처리 가스를 제어하는 단계;
를 포함하는, 기판 처리 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 처리 가스를 제어하는 단계에서,
상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 샤워 헤드에서 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부는 가스를 공급하지 않고, 상기 샤워 헤드에서 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하고, 상기 샤워 헤드에서 가장자리 영역의 일부분에 형성되는 제 3 공급부에서는 희석 가스를 공급하여 상기 복수의 기판들을 처리하는, 기판 처리 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 처리 가스를 제어하는 단계에서,
상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하도록, 상기 샤워 헤드에서 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부에서 가스를 공급하지 않고, 상기 샤워 헤드에서 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부 및 상기 샤워 헤드에서 가장자리 영역의 일부분에 형성되는 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하여 상기 복수의 기판들을 처리하는, 기판 처리 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 처리 가스를 제어하는 단계에서,
상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 샤워 헤드에서 중간 영역의 일부분에 형성되는 제 2 공급부에서 희석 가스를 공급하고, 상기 샤워 헤드에서 내부 영역의 일부분에 형성되는 제 1 공급부 및 상기 샤워 헤드에서 가장자리 영역의 일부분에 형성되는 제 3 공급부에서 상기 처리 가스를 공급하여 상기 복수의 기판들을 처리하는, 기판 처리 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 회전시키는 단계 이후에,
상기 기판 지지부의 하부에 상기 기판 지지부의 하면과 대향되도록 형성되는 히터를 통하여 공정 온도로 상기 복수의 기판들을 가열시키는 단계;
를 더 포함하는, 기판 처리 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 가열시키는 단계는,
상기 기판 중심부의 박막 두께가 가장자리부의 박막 두께보다 두껍도록, 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부 및 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하여 상기 복수의 기판들을 처리하는, 기판 처리 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 가열시키는 단계는,
상기 기판 중심부의 박막 두께와 가장자리부의 박막 두께가 균일하록, 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하고,
상기 제 2 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하여 상기 복수의 기판들을 처리하는, 기판 처리 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 가열시키는 단계는,
상기 기판 중심부의 박막 두께 보다 가장자리부의 박막 두께가 두껍도록, 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에 인접한 내부 영역에 형성되는 제 1 가열부 및 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 상기 회전축에서 가장 먼 가장자리 영역에 형성되는 제 3 가열부의 온도가 상기 기판 지지부의 회전축을 기준으로 중간 영역에 형성되는 제 2 가열부의 온도 보다 높게 가열되도록 동작하여 상기 복수의 기판들을 처리하는, 기판 처리 방법.