KR20230090855A - 기판처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 특성을 개선하기 위한 기판처리방법에 관한 것이다.
본 발명은, 기판이 처리되는 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제1가감압단계(S100)와; 상기 제1가감압단계(S100) 이후에, 상기 제1가감압단계(S100) 보다 높은 온도에서 상기 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제2가감압단계(S200)를 포함하는 기판처리방법을 개시한다.
본 발명은, 기판이 처리되는 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제1가감압단계(S100)와; 상기 제1가감압단계(S100) 이후에, 상기 제1가감압단계(S100) 보다 높은 온도에서 상기 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제2가감압단계(S200)를 포함하는 기판처리방법을 개시한다.
Description
본 발명은, 기판처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 특성을 개선하기 위한 기판처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기판처리방법은 증착을 통한 막을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
그런데, 종래에는 기판의 박막 형성 후 막 내 불순물 제거 및 막의 특성을 개선하기 위하여 업계에서 특별히 선호하거나 완벽하게 검증되었다고 특히 잘 알려진 기술이 없었다.
특히, 3차원 반도체 소자들, 높은 종횡비(High Aspect Ratio)를 갖는 기판들의 등장에 따라 스텝 커버리지(Step coverage)의 규격을 만족하기 위해 막 증착 온도를 보다 저온화하거나 불순물의 함량이 높은 소스를 필연적으로 사용하게 된 탓에 막 내의 불순물 제거가 더욱 어려워지고 있는 실정이다.
따라서, 막 형성 후 막 특성의 열화없이도 막 내에 존재하는 불순물을 제거하여 막의 특성을 개선할 수 있는 기판처리방법이 요구되고 있다.
이를 위하여, 종래에는 압력과 온도를 공정값까지 상승시킨 이후에 기판에 대한 가압 및 감압을 수행하여 불순물을 제거하였으나, 이와 같은 기판처리방법으로는 기판이 대기에 노출되는 바 불순물을 및 불필요한 가스입자를 효과적으로 제거하지 못해 불순물 제거 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 종래에는 불순물을 완전히 제거하지 못하거나 가감압을 고온 상태에서 장시간 반복 수행하여야만 했으나, 고온에서 장시간 불순물 제거공정을 위한 기판처리를 수행하는 경우 기판이 수용가능한 수준을 초과하는 열수지(Heat budget)로 인해 막이 손상되는 문제점이 있다.
결과적으로 종래 기판처리방법은, 열수지를 줄이는 경우 불순물 제거가 완전하지 못하는 문제점이 있으며, 불순물 제거를 완전하게 수행하는 경우 열수지과다로 인해 막질이 손상되어 공정 수율이 저하되며 공정시간이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판에 대한 열수지를 줄이면서도 불순물 제거를 수행함으로써 기판 특성을 개선할 수 있는 기판처리방법을 제공하는데 있다.
본 발명은, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 기판이 처리되는 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제1가감압단계(S100)와; 상기 제1가감압단계(S100) 이후에, 상기 제1가감압단계(S100) 보다 높은 온도에서 상기 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제2가감압단계(S200)를 포함하는 기판처리방법을 개시한다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 제1온도(T1)로 일정하게 유지되며, 상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 제1온도(T1)보다 높은 제2온도(T2)에서 기판처리가 수행될 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 상기 제2가감압단계(S200)가 수행되는 온도까지 지속적 및 단계적 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 온도를 상승시킬 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100) 이전에, 상기 기판에 대한 기판처리를 준비하며 상기 챔버 내의 온도를 제3온도(T3)로 유지하는 대기단계(S300)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1온도(T1)는, 상기 제3온도(T3)와 동일한 온도일 수 있다.
상기 제1온도(T1)는, 상기 제3온도(T3) 초과 상기 제2온도(T2) 미만일 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100) 및 상기 제2가감압단계(S200)는, 서로 동일한 공정가스를 사용할 수 있다.
상기 공정가스는, 수소(H2) 가스를 포함할 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 제1가스를 이용하여 기판처리를 수행하며, 상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 이용하여 기판처리를 수행할 수 있다.
상기 제1가스는, 수소(H2) 가스를 포함하며, 상기 제2가스는, 질소(N2) 및 산소(O2) 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 수소(H2) 가스를 포함하는 제1가스를 사용하며, 상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 제1가스를 사용하여 상기 기판 및 상기 기판에 형성되는 박막에 대한 불순물을 제거하는 불순물제거단계와, 상기 박막에 대한 안정화를 수행하는 안정화단계를 포함하며, 상기 안정화단계는, 질소(N2) 및 산소(O2) 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제2가스를 사용할 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 상기 챔버 내의 압력을 대기압보다 큰 제1압력(P1) 이하로 상승시키는 제1가압단계와, 상기 제1가압단계 이후에 상기 챔버 내의 압력을 상기 제1압력(P1)보다 낮은 제2압력(P2) 이상으로 하강시키는 제1감압단계를 포함할 수 있다.
상기 제1가압단계는, 상기 챔버 내의 압력을 상승시키는 압력상승단계와, 상기 압력상승단계를 통해 상승한 상기 챔버 내의 압력을 일정하게 유지하는 압력유지단계를 포함할 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 상기 제1가압단계와 상기 제1감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여, 제1압력(P1)을 최대값 상기 제2압력(P2)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 n회(n≥1) 수행할 수 있다.
상기 제2압력(P2)은, 대기압보다 크거나 같은 압력일 수 있다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 챔버 내의 압력을 대기압보다 큰 제3압력(P3) 이하로 상승시키는 제2가압단계와, 상기 제2가압단계 이후에 상기 챔버 내의 압력을 상기 제3압력(P3)보다 낮은 제4압력(P4) 이상으로 하강시키는 제2감압단계를 포함할 수 있다.
상기 제1압력(P1)은, 상기 제3압력(P3)과 동일한 압력값일 수 있다.
상기 제4압력(P4)은, 대기압보다 낮은 압력일 수 있다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)로 상승시키는 승온단계와, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)로 유지하는 고온유지단계와, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)에서 제4온도(T4)로 하강시키는 감온단계를 포함할 수 있다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 제3압력(P3)을 최대값 상기 제4압력(P4)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서, 상기 제2가압단계와 상기 제2감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여 n회(n≥1) 수행되며, 적어도 하나의 단위 사이클은, 상기 고온유지단계에서 수행될 수 있다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)로 상승시키는 승온단계와, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)에서 제4온도(T4)로 하강시키는 감온단계를 포함하며, 상기 승온단계 및 상기 감온단계 중 적어도 하나는, 상기 챔버 내 압력이 대기압 이상일 때 수행될 수 있다.
상기 제4온도(T4)는, 상기 제1온도(T1)와 같거나 낮은 온도일 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리방법은, 반응기 내부와 기판의 불순물 제거 및 기판에 흡착된 불필요한 가스를 미리 제거하여 메인 공정에서의 어닐링 효과를 극대화할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 기판처리방법은, 고온 하에서의 공정을 최소화하여 기판에 대한 열수지를 줄임으로써 막질 손상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이를 통해 본 발명에 따른 기판처리방법은, 공정 시간은 줄이면서도 공정 수율은 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리방법은, 고온 하에서의 공정 전에 가감압 공정을 진행함으로써, 반응기 내부 반응가스의 농도를 높일 수 있고 이를 통해 어닐 효과를 극대화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 기판처리방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는, 도 1에 따른 기판처리방법을 보여주는 그래프이다.
도 3은, 도 1에 따른 기판처리방법 다른 실시예의 온도변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는, 도 1에 따른 기판처리방법의 효과를 보여주는 그래프이다.
도 2는, 도 1에 따른 기판처리방법을 보여주는 그래프이다.
도 3은, 도 1에 따른 기판처리방법 다른 실시예의 온도변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는, 도 1에 따른 기판처리방법의 효과를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 기판처리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 기판처리방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판이 처리되는 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제1가감압단계(S100)와; 상기 제1가감압단계(S100) 이후에, 상기 제1가감압단계(S100) 보다 높은 온도에서 상기 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제2가감압단계(S200)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리방법은, 상기 제1가감압단계(S100) 이전에, 상기 기판에 대한 기판처리를 준비하며 상기 챔버 내의 온도를 제3온도(T3)로 유지하는 대기단계(S300)를 추가로 포함할 수 있다.
이하에서 설명하는 기판은, 박막이 형성되기 전 상태와 박막이 증착된 상태를 모두 포함하는 개념으로 사용될 수 있다.
여기서 처리대상이 되는 상기 기판은, LED, LCD, OLED 등의 표시장치에 사용하는 기판, 반도체 기판, 태양전지 기판, 글라스 기판 등의 모든 기판을 포함하는 의미로 이해될 수 있다.
또한, 기판이 처리되는 공정은, 증착, 식각, 어닐링 등을 포함할 수 있으며, 특히 기판과 기판에 증착되는 박막에 대한 불순물 및 불필요한 가스를 제거하는 공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판은, 유전막을 포함하는 비금속막과 금속막을 포함하는 구성일 수 있으며, 이때 비금속막과 금속막에 구체적인 내용에 대하여는 후술한다.
상기 챔버는, 처리공간이 형성되어 기판을 처리하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 챔버는, 단일의 기판에 대한 기판처리가 수행되는 구성일 수 있으며, 다른 예로서, 배치식으로 다수의 기판이 수직방향으로 적층되어 기판처리를 수행하는 구성일 수 있다.
이하 다수의 기판을 동시에 처리할 수 있는 배치식 구조의 실시예를 기준으로 설명하며, 단일의 기판에 대한 기판처리가 수행되는 매엽식 구조가 적용될 수 있음은 또한 물론이다.
상기 챔버는, 단일관 또는 이중관 구조를 가질 수 있으며, 내부의 처리공간이 형성되고, 하부의 매니폴드를 통해서 가스가 공급되거나 배기되는 구성일 수 있다.
이때, 상기 챔버는, 하부가 개방되는 구조로서, 캡플랜지 등을 통해 하부가 개폐될 수 있으며 이로써, 밀폐된 처리공간을 형성하고 기판을 도입 및 반출할 수 있다.
한편, 이때 상기 챔버는, 알루미늄을 비롯한 금속재질로 구성될 수 있으며, 다른 예로서 석영재질로 구성될 수 있다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 기판이 배치가능한 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 단계일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1가감압단계(S100)는, 후술하는 제2가감압단계(S200) 전에 제2가감압단계(S200)보다 상대적으로 낮은 온도에서 기판에 대한 불순물 및 불필요한 가스를 제거하는 단계일 수 있으며, 이로써 제2가감압단계(S200)를 통한 메인공정의 효과를 극대화할 수 있다.
특히, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제2가감압단계(S200)보다 상대적으로 낮은 온도에서 수행되는 바, 기판의 열수지를 낮춰서 기판 및 박막에 대한 손상을 최소화하면서도 불순물 및 불필요한 가스 제거 효과는 극대화할 수 있는 이점이 있다.
이를 위해, 상기 제1가감압단계(S100)는, 메인 공정인 제2가감압단계(S200) 전에 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제2가감압단계(S200)보다 낮은 온도에서 기판이 배치가능한 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행할 수 있다.
이때, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제1온도(T1)로 일정하게 유지될 수 있으며, 제1온도(T1)를 유지한 상태에서 가압 및 감압을 수행함으로써 기판에 대한 처리를 수행할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제2가감압단계(S200)보다 상대적으로 낮은 온도로 수행되는 바, 제2가감압단계(S200)가 수행되는 온도까지 지속적 및 단계적 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 온도를 상승시킴과 동시에 가압 및 감압이 적어도 1회 수행될 수 있다.
즉, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제2가감압단계(S200)가 수행되는 온도까지 지속적인 선형으로 온도를 상승시키거나, 단계적으로 온도를 상승시키면서 가압 및 감압이 적어도 1회 수행될 수 있다.
한편, 상기 제1가감압단계(S100)가 수행되는 제1온도(T1)는, 제2가감압단계(S200)가 수행되는 제2온도(T2)보다 낮은 온도로서, 후술하는 대기단계(S300)에서 유지되는 제3온도(T3)와 같은 온도일 수 있다.
즉, 상기 제1가감압단계(S100)는, 기판처리를 위한 공정 준비단계인 대기단계(S300)의 제3온도(T3)와 동일한 온도에서 가압 및 감압이 적어도 1회 수행될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제1온도(T1)가 제3온도(T3)보다 크고 제2온도(T2)보다는 작도록 설정될 수 있음은 또한 물론이다.
한편, 상기 제1가감압단계(S100)는, 공정가스를 통해 기판처리를 수행할 수 있으며, 이때 공정가스는 수소(H2)가스를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 공정가스는, 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl), 불소(F) 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 가스일 수 있다.
즉, 상기 제1가감압단계(S100)는, 수소(H2) 가스를 챔버 내에 공급함으로써 기판에 대한 처리를 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로는 기판 및 기판에 형성되는 박막 표면에 불순물과 불필요한 가스를 제거할 수 있다.
이때의 불순물을 제거하는 구체적인 메커니즘에 대하여는 종래 개시된 한국 특허출원 제10-2020-0006422A에 제시된 바 있으며, 이와 관련한 구성을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1가감압단계(S100)는, 후술하는 제2가감압단계(S200)와 동일한 공정가스가 적용되어 기판처리가 수행될 수 있으며, 이때의 공정가스는 수소(H2) 가스를 포함하는 가스일 수 있다.
한편, 다른 예로서, 상기 제1가감압단계(S100)는, 후술하는 제2가감압단계(S200)와 서로 상이한 공정가스로 기판처리가 수행될 수 있으며, 이와 관련해서는 후술한다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 챔버 내의 압력을 대기압보다 큰 제1압력(P1) 이하로 상승시키는 제1가압단계와, 제1가압단계 이후에 챔버 내의 압력을 제1압력(P1)보다 낮은 제2압력(P2) 이상으로 하강시키는 제1감압단계를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제1압력(P1)을 최대값으로 하고 제2압력(P2)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 가압 및 감압이 적어도 1회 수행될 수 있다.
이때, 상기 제1가압단계는, 챔버 내의 압력을 상승시키는 압력상승단계와, 압력상승단계를 통해 상승한 챔버 내의 압력을 일정하게 유지하는 압력유지단계를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1가압단계는, 챔버 내의 압력을 제1압력(P1)으로 상승시키는 압력상승단계를 포함할 수 있으며, 제1압력(P1) 도달 시 챔버 내의 압력을 제1압력(P1)으로 미리 설정된 시간만큼 일정하게 유지하는 압력유지단계를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 바와 달리, 상기 제1가압단계는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버 내의 압력을 제1압력(P1)으로 상승시키고 뒤이어 곧바로 제1감압단계가 수행될 수 있음은 또한 물론이다.
상기 제1가감압단계(S100)는, 제1가압단계와 제1감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여, 제1압력(P1)을 최대값 제2압력(P2)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 n회(n≥1) 수행할 수 있다.
즉, 상기 제1가감압단계(S100)는, 제1가압단계와 제1감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여, 반복 수행될 수 있으며, 이 과정에서 각 사이클 내 압력 최대값과 최소값은 동일하거나 서로 다르게 설정될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1압력(P1)을 최대값 제2압력(P2)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 단위 사이클이 반복 수행될 수 있으며, 단위 사이클 마다 압력의 최대값과 최소값은 전술한 압력범위 내에서 서로 같거나 서로 다를 수 있다.
한편, 상기 제2압력(P2)은, 대기압보다 크거나 같은 압력일 수 있으며, 이를 통해 제2가감압단계(S200)인 메인공정 전 챔버 내부에 대한 진공상태 조성에 따른 외기 유입을 차단할 수 있다.
일예로서, 상기 제1압력(P1)은, 2atm 내지 5atm 내 미리 설정된 압력값일 수 있으며, 제2압력(P2)은 1atm으로서 상압, 즉 대기압일 수 있다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 제1가감압단계(S100) 이후에, 제1가감압단계(S100) 보다 높은 온도에서 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 단계일 수 있다.
이때, 상기 제2가감압단계(S200)는, 제1가감압단계(S100)에 뒤이어 상대적으로 고온에서 기판처리가 수행되는 단계로서 기판 및 박막의 불순물 및 불필요한 가스를 제거하는 메인공정일 수 있다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 제1온도(T1)보다 높은 제2온도(T2)에서 기판처리가 수행될 수 있으며, 전체 단계동안 제2온도(T2)를 일정하게 유지하거나, 제2온도(T2) 전후에 온도가 변화하는 가온구간을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제2가감압단계(S200)는, 전술한 바와 같이 제1가감압단계(S100)와 동일한 공정가스를 통해 기판처리가 수행될 수 있으며, 이때 공정가스는 수소(H2) 가스를 포함하는 가스일 수 있다.
이때, 수소(H2) 가스를 포함하는 공정가스가 사용되는 상기 제1가감압단계(S100)와 상기 제2가감압단계(S200)는 처리대상 기판이 금속전극이 형성되는 구성일 수 있으며, 일예로서, TiN, Mo, Ru와 같은 막일 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 제2가감압단계(S200)는, 제1가감압단계(S100)와 상이한 공정가스를 통해 기판처리가 수행될수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2가감압단계(S200)는, 수소(H2)가스를 포함하는 제1가스를 이용하여 기판처리가 수행되는 제1가감압단계(S100)와는 달리 질소(N2) 및 산소(O2) 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제2가스를 사용하여 기판처리를 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 제2가감압단계(S200)는, 기판에 대한 별도의 불순물 제거 공정을 수행하지 않고, 기판에 형성되는 박막을 안정화하기 위한 박막 안정화를 수행할 수 있으며 이때 질소(N2) 및 산소(O2) 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제2가스를 사용할 수 있다.
또한 이때 상기 제1가스는 보다 구체적으로, 수소(H), 산소(O), 질소(N), 염소(Cl), 불소(F) 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 가스일 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 제2가감압단계(S200)는, 기판 및 기판에 형성되는 박막에 대한 불순물을 제거하는 불순물제거단계와, 기판 및 박막에 대한 안정화를 수행하는 안정화단계를 모두 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2가감압단계(S200)는, 수소(H2) 가스를 포함하는 제1가스를 이용하여 불순물제거단계가 수행될 수 있으며, 질소(N2) 및 산소(O2) 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제2가스를 사용하여 안정화단계가 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 제1가스를 이용하여 기판처리가 수행되는 제1가감압단계(S100)와, 제1가스 및 제2가스를 순차적으로 사용하여 기판처리가 수행되는 제2가감압단계(S200)는, 기판에 유전막이 형성되는 경우 수행될 수 있으며, 일예로 ZrO2, HfO2, Al2O3가 적용될 수 있다.
상기 안정화단계는, HfO2나 ZrO2와 같은 유전막에 불순물제거단계의 수소가스(H2)를 통해 제거된 탄소(C) 자리에 산소(O)를 채워넣음으로써 안정적인 유전막 형성을 가능하도록 할 수 있다.
한편, 상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 챔버 내의 압력을 대기압보다 큰 제3압력(P3) 이하로 상승시키는 제2가압단계와, 상기 제2가압단계를 통해 상승된 상기 챔버 내의 압력을 고압상태로 유지하는 고압유지단계와, 상기 고압유지단계 이후에 상기 챔버 내의 압력을 상기 제3압력(P3)보다 낮은 제4압력(P4) 이상으로 하강시키는 제2감압단계를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제2가감압단계(S200)는, 전술한 제1가감압단계(S100)와 유사하게, 제3압력(P3)을 최대값 제4압력(P4)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 가압 및 감압이 적어도 1회 수행될 수 있다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 챔버 내의 압력을 제3압력(P3)으로 상승시키는 제2가압단계와 제3압력(P3) 도달 시 챔버 내의 압력을 제3압력(P3)으로 미리 설정된 시간만큼 일정하게 유지하는 고압유지단계를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 바와 달리, 챔버 내의 압력을 제3압력(P3)으로 상승시키는 상기 제2가압단계에 뒤이어 곧바로 제2감압단계가 수행될 수 있음은 또한 물론이다.
상기 제2가감압단계(S200)는, 제2가압단계와 제2감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여, 제3압력(P3)을 최대값 제4압력(P4)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 n회(n≥1) 수행할 수 있다.
즉, 상기 제2가감압단계(S200)는, 제2가압단계와 제2감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여, 반복 수행될 수 있으며, 이 과정에서 각 사이클 내 압력 최대값과 최소값은 동일하거나 서로 다르게 설정될 수 있다.
보다 구체적으로, 제3압력(P3)을 최대값 제4압력(P4)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 단위 사이클이 반복 수행될 수 있으며, 단위 사이클 마다 압력의 최대값과 최소값은 전술한 압력범위 내에서 서로 같거나 서로 다를 수 있다.
한편, 상기 제3압력(P3)은, 제1압력(P1)과 동일한 압력값을 가질 수 있으며, 이로써 제1가감압단계(S100)의 압력최대값과 제2가감압단계(S200)의 압력최대값이 서로 동일할 수 있다.
상기 제4압력(P4)은, 대기압보다 낮은 압력일 수 있으며, 이를 통해 제2가감압단계(S200)는, 제1가감압단계(S100)와는 달리, 상압보다 상대적으로 큰 제3압력(P3)과 진공상태의 제4압력(P4) 사이의 급격한 압력변화를 유도할 수 있다.
이를 위해, 상기 제3압력(P3)은, 2atm 내지 5atm 범위 내의 압력값을 가질 수 있으며, 제4압력(P4)은, 상압 미만인 10torr의 진공상태의 압력값일 수 있다.
한편, 상기 제2가감압단계(S200)는, 챔버 내의 온도를 제1온도(T1)로부터 제2온도(T2)로 상승시키는 승온단계와, 챔버 내의 온도를 제2온도(T2)로 유지하는 고온유지단계와, 챔버 내의 온도를 제2온도(T2)에서 제4온도(T4)로 하강시키는 감온단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제2가감압단계(S200)는, 제3압력(P3)을 최대값 상기 제4압력(P4)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서, 상기 제2가압단계와 상기 제2감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여 n회(n≥1) 수행될 수 있고, 이때의 적어도 하나의 단위 사이클은, 고온유지단계에서 수행될 수 있다.
즉, 상기 제2가압단계와 제2감압단계로 이루어지는 단위 사이클 중 적어도 하나는 고온유지단계에서 수행됨으로써, 기판 불순물을 제거하기 위한 반응을 보다 촉진할 수 있다.
보다 구체적으로, 고온상태에서 가압단계와 감압단계를 반복적으로 수행함으로써, 원자들의 열진동을 증가시키고, 이를 통해 기판 또는 박막과 약한 결합을 이루고 있는 불순물의 결합을 분해하도록 촉진할 수 있으며, 더 나아가 수소와 같은 제1가스의 구성물질에 대한 기판 또는 박막 표면 불순물과의 결합을 향상시킬 수 있다.
상기 승온단계는, 챔버 내의 온도를 제1온도(T1)로부터 제2온도(T2)로 상승시키는 단계일 수 있다.
즉, 상기 승온단계는, 불순물 제거를 위한 온도 분위기를 조성하기 위하여 챔버 내의 온도를 상승시킬 수 있으며, 이로써, 기판처리를 위한 온도조건이 조성될 수 있다.
이때, 상기 승온단계는, 제2가감압단계(S200) 중 챔버 내의 압력이 대기압 이상인 경우에 수행될 수 있다.
상기 고온유지단계는, 챔버 내의 온도를 제2온도(T2)를 유지하는 단계로서 제2가압단계 및 제2감압단계가 수행됨으로써, 효과적으로 기판 및 박막의 불순물 및 불필요한 가스를 제거할 수 있다.
상기 감온단계는, 제2온도(T2)에서 제4온도(T4)로 챔버 내의 온도를 하강시키는 단계일 수 있다.
이때 상기 제4온도(T4)는, 후술하는 대기단계(S300) 시 적용되는 챔버 온도인 제3온도(T3)와 동일한 온도일 수 있으며, 다른 예로서, 제3온도(T3)보다 낮은 온도일 수 있고, 전술한 바와 같이, 제1온도(T1)와 같거나 후속공정에 따라 다른 온도일 수 있다.
한편, 상기 감온단계는, 제2가압단계 및 고압유지단계 중 어느 하나의 단계동안 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 챔버 내의 압력이 대기압보다 큰 고압상태인 제1압력(P1)으로 유지되는 기간동안 제2온도(T2)에서 제4온도(T4)로 감온할 수 있다.
보다 구체적으로, 종래 챔버 내부에 O2가 잔존하는 상태에서 압력이 대기압보다 낮을 때, 챔버 내부의 온도가 승온되거나 챔버 내부의 온도가 감온되는 경우 챔버 내부에 잔존하는 O2가 outgassing됨에 따라 박막과 반응하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 상기 승온단계 및 감온단계는, 제2가감압단계(S200) 중 챔버 내 압력이 대기압 이상인 경우에 수행될 수 있으며, 보다 바람직하게는, 고압상태를 유지하는 고압유지단계 동안 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 승온단계의 승온시점, 승온종점, 감온단계의 감온시점 및 감온종점을 박막의 열화를 최소화할 수 있는 시점으로 특정할 수 있다.
예를 들면, 상기 승온단계는, 제2가압단계의 수행 중 또는 제2가압단계의 수행 후 미리 설정된 승온시점부터 승온종점까지 온도분위기를 제1온도(T1)에서 제2온도(T2)로 승온시킬 수 있다.
이때, 상기 승온단계에서의 승온시점 및 승온종점은 제2가압단계의 시작시점(제3압력(P3)으로 가압이 시작되는 시점) 및 제2감압단계의 시작시점(제4압력(P4)으로 감압이 시작되는 시점) 사이로 설정될 수 있다.
일예로서, 상기 승온단계는, 제2가압단계의 수행 중 미리 설정된 승온시점부터 승온종점까지 온도를 승온시킬 수 있다.
여기서 상기 승온시점은, 상기 제2가압단계의 시작시점 이후라면 어떠한 시점에서나 설정될 수 있으나, 챔버 내부가 O2 가스로부터 충분히 보호될 수 있도록 일정량의 제1가스 또는 제2가스가 투입되어 공정압이 대기압 이상으로 가압된 이후의 시점으로 설정됨이 바람직하다.
더 나아가, 이때 승온시점 및 승온종점은, 챔버 내 공정압이 제2가압단계를 통해 제3압력(P3) 수준의 충분한 고압으로 가압된 상태에서 압력이 유지되는 고압유지단계 내로 설정됨이 바람직하다.
상기 감온단계는, 전술한 승온단계와 같이, 제2가압단계의 수행 중 또는 제2가압단계의 수행 후 미리 설정된 감온시점부터 감온종점까지 온도분위기를 제4온도(T4)로 감온시킬 수 있다.
이때, 상기 감온단계에서의 감온시점 및 감온종점은 제2가압단계의 시작시점(제3압력(P3)으로 가압이 시작되는 시점) 및 제2감압단계의 시작시점(제4압력(P4)으로 감압이 시작되는 시점) 사이로 설정될 수 있다.
일예로서, 상기 감온단계는, 제2가압단계 및 고압유지단계 중 어느 하나의 수행 중 미리 설정된 감온시점부터 감온종점까지 온도를 감온시킬 수 있다.
여기서 상기 감온시점은, 상기 가압단계의 시작시점 이후라면 어떠한 시점에서나 설정될 수 있으나, 챔버 내부가 O2 가스로부터 충분히 보호될 수 있도록 일정량의 제1가스 또는 제2가스가 투입되어 공정압이 대기압 이상으로 가압된 이후의 시점으로 설정됨이 바람직하며, 같은 상황으로서, 감압단계의 종료시점 이전으로서 챔버 내부의 공정압이 대기압 이하로 감압되기 이전의 시점으로 설정될 수 있다.
더 나아가, 이때 감온시점 및 감온종점은, 챔버 내 공정압이 제2가압단계를 통해 제3압력(P3) 수준의 충분한 고압으로 가압된 상태에서 압력이 유지되는 고압유지단계 내로 설정됨이 바람직하다.
한편, 일예로서, 상기 감온단계는, 제2가압단계와 제2감압단계를 하나의 단위 사이클로하여, n번 반복 수행될 때, 마지막 n번째 고압유지단계 동안 수행될 수 있다.
즉, 단위 사이클의 1회부터 n-1회 동안의 반복 수행 과정에서는, 챔버 내의 온도가 제2온도(T2)로 유지될 수 있으며, 후속공정의 온도조건을 위하여 감온단계는 n회째의 압력유지단계 동안 수행될 수 있다.
이에 따라 처리되는 기판의 면저항(RS)을 줄여 고품질의 기판처리가 가능한 효과가 있다.
한편 전술한 상기 제4온도(T4)는, 상기 제1온도(T1)와 같거나 낮은 온도일 수 있다.
상기 대기단계(S300)는, 제1가감압단계(S100) 이전에, 기판에 대한 기판처리를 준비하는 단계일 수 있다.
예를 들면, 상기 대기단계(S300)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1가감압단계(S100) 이전에 기판처리를 준비하도록 챔버 내의 온도를 제3온도(T3)로 일정하게 유지하는 단계일 수 있다.
이때, 상기 제3온도(T3)는, 전술한 바와 같이 제1온도(T1)와 같거나 제1온도(T1)보다 낮은 온도일 수 있다.
상기 제3온도(T3)가 제1온도(T1)보다 낮은 경우, 상기 대기단계(S300)는, 기판처리를 준비하는 스탠바이상태에서 챔버 내의 온도를 제3온도(T3)로 유지하는 온도유지단계와, 온도유지단계 이후에 제1가감압단계(S100)를 위하여 챔버 내의 온도를 제1온도(T1)로 상승시키는 온도상승단계를 포함할 수 있다.
한편, 이하에서는 첨부된 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 효과를 상세히 설명한다.
도 4는 종래 기판처리방법과 본 발명에 따른 기판처리방법을 통한 기판처리 실험결과를 비교한 그래프로서, 다음과 같은 상황에서 실험을 진행하였다.
종래 기판처리방법은, 대기단계(S300)에서 챔버 내의 온도를 300℃를 유지하고, 메인 공정인 본 발명의 제2가감압단계(S200)에 대응되는 공정을 400℃ 온도 하에서 3사이클 반복 수행하였다.
본 발명에 따른 기판처리방법은, 대기단계(S300)에서 챔버 내의 온도를 300℃를 유지하고, 제1가감압단계(S100)를 동일한 300℃ 하에서 수행한 뒤, 제2가감압단계(S200)를 400℃ 하에서 1사이클 수행하였으며, 이때 제1가감압단계(S100) 및 제2가감압단계(S200)는 모두 수소(H2) 가스를 사용하였다.
결과적으로, 본 발명에 따른 기판처리방법 수행 시, 면저항(Rs)이 개선되어 기판 특성이 개선된 것으로 확인할 수 있으며, 특히, 공정 중 최고온도에서 수행되는 기판처리 시간으로 확인 가능한 열수지(Heat budget)를 낮춰 기판 및 박막에 대한 데미지를 줄이면서도, 면저항(Rs)이 개선되는 효과를 확인할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
P1: 제1압력
P2: 제2압력
P3: 제3압력 P4: 제4압력
T1: 제1온도 T2: 제2온도
T3: 제3온도 T4: 제4온도
P3: 제3압력 P4: 제4압력
T1: 제1온도 T2: 제2온도
T3: 제3온도 T4: 제4온도
Claims (22)
- 기판이 처리되는 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제1가감압단계(S100)와;
상기 제1가감압단계(S100) 이후에, 상기 제1가감압단계(S100) 보다 높은 온도에서 상기 챔버 내에 대한 가압 및 감압을 적어도 1회 수행하는 제2가감압단계(S200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100)는, 제1온도(T1)로 일정하게 유지되며,
상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 제1온도(T1)보다 높은 제2온도(T2)에서 기판처리가 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100)는,
상기 제2가감압단계(S200)가 수행되는 온도까지 지속적 및 단계적 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100) 이전에, 상기 기판에 대한 기판처리를 준비하며 상기 챔버 내의 온도를 제3온도(T3)로 유지하는 대기단계(S300)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1온도(T1)는,
상기 제3온도(T3)와 동일한 온도인 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1온도(T1)는,
상기 제3온도(T3) 초과 상기 제2온도(T2) 미만인 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100) 및 상기 제2가감압단계(S200)는,
서로 동일한 공정가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 공정가스는,
수소(H2) 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100)는, 제1가스를 이용하여 기판처리를 수행하며,
상기 제2가감압단계(S200)는, 상기 제1가스와 상이한 제2가스를 이용하여 기판처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 제1가스는, 수소(H2) 가스를 포함하며,
상기 제2가스는, 질소(N2) 및 산소(O2) 가스 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 제2가감압단계(S200)는,
상기 제2가스를 사용하여 상기 기판에 형성되는 박막에 대한 안정화를 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100)는,
수소(H2) 가스를 포함하는 제1가스를 사용하며,
상기 제2가감압단계(S200)는,
상기 제1가스를 사용하여 상기 기판 및 상기 기판에 형성되는 박막에 대한 불순물을 제거하는 불순물제거단계와, 상기 박막에 대한 안정화를 수행하는 안정화단계를 포함하며,
상기 안정화단계는,
질소(N2) 및 산소(O2) 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제2가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100)는,
상기 챔버 내의 압력을 대기압보다 큰 제1압력(P1) 이하로 상승시키는 제1가압단계와, 상기 제1가압단계 이후에 상기 챔버 내의 압력을 상기 제1압력(P1)보다 낮은 제2압력(P2) 이상으로 하강시키는 제1감압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1가압단계는,
상기 챔버 내의 압력을 상승시키는 압력상승단계와, 상기 압력상승단계를 통해 상승한 상기 챔버 내의 압력을 일정하게 유지하는 압력유지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1가감압단계(S100)는,
상기 제1가압단계와 상기 제1감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여, 제1압력(P1)을 최대값 상기 제2압력(P2)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서 n회(n≥1) 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 제2압력(P2)은,
대기압보다 크거나 같은 압력인 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 제2가감압단계(S200)는,
상기 챔버 내의 압력을 대기압보다 큰 제3압력(P3) 이하로 상승시키는 제2가압단계와, 상기 제2가압단계 이후에 상기 챔버 내의 압력을 상기 제3압력(P3)보다 낮은 제4압력(P4) 이상으로 하강시키는 제2감압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 제1압력(P1)은,
상기 제3압력(P3)과 동일한 압력값인 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 제4압력(P4)은,
대기압보다 낮은 압력인 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 제2가감압단계(S200)는,
상기 챔버 내의 온도를 제2온도(T2)로 상승시키는 승온단계와, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)로 유지하는 고온유지단계와, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)에서 제4온도(T4)로 하강시키는 감온단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 제2가감압단계(S200)는,
제3압력(P3)을 최대값 상기 제4압력(P4)을 최소값으로 하는 압력범위 내에서, 상기 제2가압단계와 상기 제2감압단계를 하나의 단위 사이클로 하여 n회(n≥1) 수행되며,
적어도 하나의 단위 사이클은,
상기 고온유지단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 제2가감압단계(S200)는,
상기 챔버 내의 온도를 제2온도(T2)로 상승시키는 승온단계와, 상기 챔버 내의 온도를 상기 제2온도(T2)에서 제4온도(T4)로 하강시키는 감온단계를 포함하며,
상기 승온단계 및 상기 감온단계 중 적어도 하나는,
상기 챔버 내 압력이 대기압 이상일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법. - 청구항 19 또는 청구항 21에 있어서,
상기 제4온도(T4)는,
상기 제1온도(T1)와 같거나 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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