KR0158780B1 - 화학 증착법에 의한 박막형성 방법 및 장치 - Google Patents

화학 증착법에 의한 박막형성 방법 및 장치

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KR0158780B1
KR0158780B1 KR1019950054989A KR19950054989A KR0158780B1 KR 0158780 B1 KR0158780 B1 KR 0158780B1 KR 1019950054989 A KR1019950054989 A KR 1019950054989A KR 19950054989 A KR19950054989 A KR 19950054989A KR 0158780 B1 KR0158780 B1 KR 0158780B1
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가네꼬 히사시
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Abstract

분말상 Cr(CO)6가 저장소내에 저장되고, 이 저장소 안으로 유량 제어기에 의해 유량 제어를 받는 Ar 가스가 도입된다. 반면, 분자량이 Ar 가스와 다른 He 가스가 또다른 유량 제어기에 의한 유량 제어 하에서 저장소 안으로 또한 도입된다. 이들 Ar 및 He 가스는 반응가스를 챔버 안으로 공급하는 캐리어 가스로서 사용된다. 저장소는 내부에 저장된 분말상 Cr(CO)6를 승화시킨다. 승화에 의해 얻어진 Cr(CO)6는, 저장소 안으로 도입되어 챔버내에서 기판상에 공급된 Ar 및 He 가스에 의해 운반된다. 기판은 레이저 빔으로 조사된다. 레이저 빔으로 조사함으로써, Cr(CO)6를 분해하여 기판상에 금속 크롬 박막을 형성한다.

Description

화학 증착법에 의한 박막형성 방법 및 장치
제1도는 종래 기술에 따른 레이저 CVD 에서 챔버 내에 반응가스를 도입하는 구성을 나타내는 도면.
제2a도는 종래 기술에 따른 레이저 CVD 에서 반응가스가 기판의 중앙부분에 공급되는 경우를 나타내는 도면.
제2b도는 종래 기술에 따른 레이저 CVD에서 반응가스가 기판의 주변부분에 공급되는 경우를 나타내는 도면.
제3도는 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예의 구성을 나타내는 도면.
제4도는 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예에서 반응가스를 공급하기 위한 구성을 나타내는 도면.
제5도는 본 발명의 제 3 의 바람직한 실시예의 구성을 나타내는 도면.
제6도는 본 발명의 제 3 의 바람직한 실시예에서 제어 유닛의 구성을 나타내는 블록도.
제7도는 박막이 형성되는 상이한 영역에 대한 최적 캐리어 가스 혼합비가 등록되어 있는 제6도의 혼합비 설정섹션에 저장된 표를 나타내는 도면.
제8도는 제7도에 대한 기판상의 상이한 영역을 나타내는 도면.
제9도는 본 발명의 제 4 의 바람직한 실시예의 구성을 나타내는 도면.
제10도는 본 발명의 제 5 의 바람직한 실시예의 구성을 나타내는 도면. 그리고
제11도는 본 발명의 제 6 의 바람직한 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 가스공급원 103 : 챔버
104 : 기판 20, 50, 60, 105 : 레이저 발진기
106 : 레이저 빔 108, 901 : 가변 슬릿
112, 502 : XY 스테이지 113 : 현미경
118, 401, 402 : 저장소 122, 123 : 질량유량 제어기
90, 124, 501, 902 : 제어 유닛
본 발명은 레이저 빔을 이용한 화학 증착법 (CVD) 에 의해 반응가스를 분해하여 기판상에 증착하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반응가스의 농도를 높은 정밀도로 제어할 수 있고 이 농도를 단시간에 변경시킬 수 있는 박막형성 방법 및 장치에 관한 것이다.
레이저 CVD를 이용하는 박막형성 방법은, 일반적으로, 반도체 제조공정에 적용되는 감압 CVD, 플라즈마 CVD 또는 금속 유기체 CVD (MOCVD) 를 이용하는 박막형성 방법에 비하여, 기판상에 박막이 증착되는 속도, 다시말하면 반응가스의 반응속도가 매우 크다. 따라서, 레이저 CVD 를 이용하는 방법에서는, 챔버내로 공급되는 반응가스의 체적 즉, 농도가 박막형성 공정의 안정성과 증착되는 박막의 성질 및 형상에 큰 영향을 미친다. 이러한 관점에서, 근년에는 박막이 의도대로 정확히 형성될 수 있도록 반응가스의 공급량을 정밀하게 제어하는 것이 절실히 요구되고 있다.
일본국 특허 공개 제 1992-295851 호에 개시된 종래기술에 따른 레이저 CVD 장치에서는, 제1도에 예시된 바와같이, 반응가스(2)가 가스 공급원(1)에 의해 챔버(3) 안으로 공급된다. 가스 공급원(1)을 구성하는 저장소(4)에는, 크롬 카보닐 (Cr(CO)6) 분말 등의 유기금속 화합물(5)이 미리 저장되어 있다. 저장소(4)를 소정 온도로 가열함으로써, 유비금속 화합물(5)을 승화시켜서 반응가스(2)를 얻는다. 아르곤 (Ar) 가스 등의 한 종류의 캐리어 가스(6)를 소정량 만큼 저장소(4)내로 공급하고, 이 캐리어 가스(6)와 반응가스(2)를 혼합함으로써 소망 농도의 반응가스(2)가 얻어진다. 이렇게 농도가 조정된 반응가스(2)가, 레이저 CVD 공정이 행해지는 챔버(3)안으로 공급된다. 이 종래의 레이저 CVD 장치내의 반응가스(2)의 농도는 온도가 일정하게 유지되는 저장소(4)안으로 공급되는 캐리어 가스(6)의 유량을 제어함으로써 관리된다. 캐리어 가스(6)의 유량은 질량유량 제어기(7)등의 유량 조절기에 의해 제어된다.
더욱이, 제1도에 예시된 바와같은 챔버(3)에는, 기판(8)이 XY 스테이지(10) 상에 장착되어, 유리창(11)을 경유하여 레이저 빔(12)으로 조사된다.
일반적으로, 가스 도입구(9)로 부터 공급되는 반응가스(2)가 흐르는 경로는, 박막이 기판(8)상에서 그의 중앙부분에 증착되는 제2a도에 도시된 경우와 기판(8) 의 주변부분상에서 증착이 행해지는 제2b도에 도시된 경우가 서로 다르다. 특히 기판(8) 의 주변부분에는 기판(8) 으로 부터의 반응가스(2)의 누설이 대량으로 존재하여, 반응가스(2)의 농도가 희석된다. 그러므로, 증착되는 영역이 기판(8)의 주변부분인 때는, 고품질의 박막을 증착하기 위해 가스 도입구(9)로부터 도입되는 반응가스(2)의 농도가 증가되어야 한다. 특히, 동일기판(8)상에서 그의 중앙부분과 주변부분에 다수의 박막이 증착될때, 반응가스(2)의 농도는 각각의 특정 증착영역과 합치하도록 신속히 변화되어야 한다.
본 발명의 목적은 반응가스의 농도를 매우 정밀하게 제어할 수 있는 박막형성 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반응가스의 농도를 단시간에 변화시킬 수 있는 박막형성 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 박막 형성을 위한 소정의 시퀀스에 따라 반응가스의 공급량을 변화시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 박막형성 방법에 의해, 분자량이 서로 다른 두종류 이상의 가스의 혼합물을 이용하여 반응가스가 반응챔버 안으로 공급된다. 챔버내에 배치된 기판은 레이저 빔으로 조사됨으로써, 기판상에 박막을 증착한다.
보다 구체적으로, 반응챔버 안으로 공급되는 반응가스의 농도는 혼합물을 구성하는 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 변경함으로써 변화된다.
본 발명에 따른 박막형성 장치는 분자량이 서로 다른 두종류 이상의 가스의 혼합물을 이용하여 반응가스를 반응챔버 안으로 공급하고 이 챔버내에 배치된 기판에 레이저 빔을 조사함으로써 기판에 박막을 증착하는 수단을 구비한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 박막형성 장치는, 혼합물을 구성하는 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 변경함으로써, 반응챔버 안으로 공급되는 반응가스의 농도를 제어하는 수단을 추가로 구비한다.
본 발명의 상기한 그리고 또다른 목적, 이점 및 특징들은 첨부도면과 관련하여 이하의 상세한 설명으로 부터 더욱 명백해질 것이다.
먼저, 제3도를 참조로 본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 제 1 의 바람직한 실시예는, 하나의 저장소에 대해 두개 이상의 캐리어 가스 도입라인을 구비하며, 각각의 라인은 분자량이 상이한 가스를 캐리어 가스로서 이용하며, 저장소 안으로 도입된 분자량이 상이한 캐리어 가스 사이의 혼합비를 변경함으로써, 챔버내로 운반된 반응가스의 농도를 제어한다. 이런 방식으로, 본 실시예는 반응가스의 농도를 정밀하게 제어할뿐만 아니라 농도가 신속히 반응하여 변경되게 한다.
제3도를 참조하면, 반응가스는 가스 공급원(100)에 의해 가스 도입구(102) 를 통해 챔버(103)내의 기판 (104) 상에 공급된다. 반면, 레이저 발진기(105)로 부터 방사된 레이저 빔(106)은 빔 익스팬더(107)에 의해 직경이 확대된 후에, 가변 슬릿 (108)통과한다. 가변 슬릿(108)을 통해 레이저 빔(106)을 통과시켜서 얻어지는 소망 크기의 개구의 상이, 다이크로익 미러 (dichroic mirror), 대물 렌즈(110) 및 유리창 (111)을 통해 기판(104) 상에 형성된다.
레이저 빔(106)에 의해 형성되는 개구의 상은 XY 스테이지(112)를 구동함으로써 기판(104)상에 주사된다. 현미경(113)을 통해 사람의 눈으로 기판(104)을 관찰하면서, XY 스테이지(112)가 구동됨으로써, 개구의 상은 기판(104)상의 소망 위치에 형성된다. 카메라(114)로 기판(104)을 촬상하여 모니터(115)에 출력된 그의 상을 관찰하면서 XY 스테이지(112)를 구동할 수도 있다.
따라서, 레이저 빔(106)으로 기판(104)상에 소망위치를 조사하면, 챔버 (103)안으로 공급된 반응가스(101)를 열분해하여, 레이저 빔(106)이 개구의 상을 형성한 위치에 박막이 증착되게끔 한다.
박막 증착을 위한 여분의 반응가스를 포함하는 배기가스는 배기가스 처리섹션 (117)에 의해 처리된 후에 외부로 방출된다.
다음에, 본 실시예의 특성적 양태인 가스 공급원 (100) 의 구성을 더욱 상세히 설명한다.
저장소(118)에는, CVD 재료(119)로서 예컨대 분말상 크롬 카보닐 (Cr(CO)6) 이 저장되어 있고, 질량유량 제어기(122)에 의해 유량 제어를 받는 Ar 가스(120)가 저장소(118) 안으로 도입된다. 동시에, Ar 가스(120) 와는 상이한 분자량을 갖는 헬륨 (He) 가스(121)가 또다른 질량유량 제어기(123)에 의한 유량 제어하에서 저장소(118)안으로 도입된다. 이들 Ar 및 He 가스(121)는 반응가스(101)를 챔버(103)안으로 이송하기 위한 캐리어 가스로서 사용된다. 저장소(118)는 열원 (도시않됨) 에 의해 가열되어 저장소(118)내에 저장된 분말상 Cr(CO)6(119) 를 승화시킨다. 승화로 부터 기인하는 반응가스(Cr(CO)6가스)(101) 는 Ar 가스(120) 및 He 가스 (121)에 의해 운반되고, 이들 가스는 저장소(118)안으로 도입되어 가스 도입구 (102)를 통해 챔버(103)내의 기판(104)상에 공급된다.
이 공정에서, 질량유량 제어기(122 및 123)에 의한 캐리어 가스(120 및 121) 의 유량 제어는 각각 제어 유닛(124)에 의해 또한 제어된다. 레이저 빔(106)으로 조사되는 기판(104)상의 위치는 예컨대, 모니터(115)를 관찰함으로써 검출될 수 있으므로, 제어 유닛(124)은 저장소(118)안으로 도입되는 Ar 가스(120) 및 He 가스 (121) 의 혼합비를 레이저 빔(106)으로 조사되는 기판(104) 상의 위치에 따라 소망 값으로 조절한다.
이 실시예에서는 캐리어 가스로서 비록 두 종류의 가스가 사용되지만, 조건에 따라 세 종류 이상의 가스가 사용될 수도 있다.
다음에, 본 실시예에서의 박막 증착공정을 설명한다.
레이저 발진기(105)로 부터 방사된 레이저 빔(106)은 예컨대, 연속적으로 여기된 Q 스위치 Nd:YAG 레이저의 제 2 고조파 빔 (파장이 0.53μm 안 SH 빔) 일 수 있으며, 챔버(103)내의 XY 스테이지(112)상에 장착되는 기판(104)의 소망위치를, 빔 익스팬더(107), 가변 슬릿(108), 다이크로익 미러(109), 대물 렌즈(110) 및 유리창(111)을 통해 조사한다. 그다음, 기판(104) 상에 공급되는 반응가스(101) 인 Cr(CO)6가스가 레이저 빔(106)에 의해 분해된다. 결과적으로, 레이저 빔(106) 으로 조사된 기판(104)의 영역에 금속 크롬 박막이 증착된다. 여기에서, 기판(104)은 히터 (125)에 의해 가열되어, 그의 온도를 반응가스(101)의 온도와 균형되게 하고, 기판 (104)의 표면에 흡착된 반응가스 분자의 량을 제어한다.
비록 본 실시예에서는, 분말상 Cr(CO)6가 CVD 재료(119)로서 저장소 (118) 에 저장되어 있지만, 몰리브덴 카보닐 (Mo(CO)6) 등의 일부 다른 물질이 마찬가지로 사용될 수도 있다.
다음에, 분자량이 상이한 두종류의 캐리어 가스 사이의 혼합비를 변경함으로써, 챔버 내로 공급되는 반응가스의 농도가 변화하는 원리에 대해 설명한다.
만일, 두종류의 캐리어 가스가 분자량이 서로 다르면, 하나의 캐리어 가스에 의해 저장소로 부터 챔버에 운반되는 반응가스 분자의 수는 동일한 양의 다른 캐리어 가스에 의해 운반되는 것과 다르다. 캐리어 가스분자와 반응가스 분자 사이의 충돌 단면적은 분자량에 따라 다르다. 따라서, 만일 작은 분자량의 캐리어 가스가 사용된다면, 캐리어 가스 분자와 반응가스 분자 사이의 충돌 단면적은 캐리어 가스 분자의 반경이 작기 때문에 작으며, 따라서 운반되는 반응가스의 양이 작게 된다. 반대로, 캐리어 가스의 분자량이 크면, 그 분자는 반경이 크고, 따라서 반응가스 분자와의 충돌 단면적이 크므로, 운반되는 반응가스의 양이 커진다.
여기서, 캐리어 가스들 사이의 혼합비를 이들 사이의 총유량을 변화 시킴이 없이 변경하고자 한다. 예를들어, 작은 분자량의 캐리어 가스의 비율이 증가한다면, 반응가스의 운반 효율은 감소하고 따라서 공급되는 반응가스의 농도도 감소한다. 반대로, 큰 분자량의 캐리어 가스의 비율이 증가하면, 반응가스의 운반효율이 증가하고 따라서 공급되는 반응가스의 농도도 증가한다. 챔버에 공급되는 반응가스의 농도는 이 방식으로 캐리어 가스 사이의 혼합비를 변화시킴으로써 변경될 수 있다.
본 발명의 이 실시예서서, 박막이 기판(104)의 주변부분에 증착되면, 각각의 캐리어 가스에 대한 도입 라인상에 제공된 질량유량 제어기(122 및 123) 가 동작하여, 큰 분자량을 갖는 캐리어 가스(120) 즉, Ar 가스의 비율을 증가시키고, 작은 분자량을 갖는 캐리어 가스(121) 즉, He 가스의 비율을 감소시킨다. 그다음, 비율이 증가된 Ar 가스(120)는 반응가스(101)의 운반효율을 향상시켜, 공급되는 반응가스(101)의 농도를 증가시킨다. 반응가스(101)가 기판(104)의 표면으로 부터 누설함에 기인하는 반응가스 농도의 임의의 감소는 억제될 수 있고, 고품질의 박막이 증착될 수 있다.
더욱이, 캐리어 가스의 선택은 Ar 가스 및 He 가스에 제한되지 않는다. 사용되는 캐리어 가스는 반응가스 및 레이저 빔에 거의 반응하지 않으며, 이러한 가스로는 희가스(He, Ar 및 Xe 등)가 있다. 수소(H2) 가스 및 질소(N2) 가스도 역시 사용가능하다. 그러나, 이 실시예를 완전히 유효하게 하기 위하여, 서로 분자량이 명백히 다른 두종류 이상의 캐리어 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 그러므로, 작은 분자량의 캐리어 가스로는 He 가스 또는 H2가스를 사용하고 큰 분자량의 캐리어 가스로는 He 이외의 일부 다른 희가스 또는 N2가스를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서, He 가스와 Ar 가스의 조합은 이들의 비교적 저비용과 취급 용이성의 관점에서 선택되었다. 그러나, Cr(CO)6가 반응가스로서 사용되는 경우에, Ar 가스 대신에 크세논 (Xe) 가스를 본 실시예에 이용하여 보다 효과적으로 작용하도록 할 수 있는데, 그 이유는 Xe 가스의 분자량이 Ar 가스의 분자량 보다 크고 Cr(CO)6의 분자량에 가깝기 때문이다.
본 실시예에서, 캐리어 가스 사이의 혼합비를 변화시킴으로써 반응가스의 농도를 변경하는데 취해진 시간은 저장소로 부터 챔버 까지의 파이프 길이에 좌우되며, 만일 파이프가 외경이 1/4 인치이고 길이가 3 내지 4 미터이면 단지 약 2 내지 3 분이다. 이사실은 고레벨의 반응성을 의미한다. 두종류 이상의 캐리어 가스 사이의 혼합비가 적절히 설정되면, 1 % 이하의 분해능력으로 반응가스 농도를 조절할 수 있다.
다음에 제4도를 참조하여 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예를 설명한다.
이 제 2 의 실시예는 반응가스(405)로서 두종류 이상의 유기금속가스를 사용한다. 예컨대, 반응가스로서, Cr(CO)6및 Mo(CO)6가스의 혼합물이 사용되면, 제4도에 도시된 바와같이 두 개의 저장소(401 및 402) 가 제공된다. 저장소(401) 에는 분말상 Cr(CO)6(403)가 저장되고, 저장소(402)에는 분말상 Mo(CO)6(404) 가 저장된다. 제 1 실시예에 관하여 전술한 바와같이, 다수의 캐리어 가스 도입라인이 저장소들 (401 및 402)에 대해 설치된다. 전술한 제 1 의 실시예에 대한 것과 동일한 방식으로, 저장소(401 및 402)로 부터 공급되는 반응가스의 농도가 정밀하게 제어될 수 있다. 그러므로, 챔버 안으로 공급되는 반응가스 (405) 내의 Cr(CO)6및 Mo(CO)6사이의 혼합비를 제어할 수 있다.
더욱이, 두종류 이상의 유기금속 가스의 혼합물이 사용되는 경우에, 이 혼합물의 총유량을 바꾸지 않고 유기금속 가스 사이의 혼합비를 변화시키는 것이 바람직하다.
다음에 제5도 내지 제8도를 참조로 본 발명의 제 3 의 바람직한 실시예를 설명한다.
이 실시예에서, 기판(104)의 표면은 다수의 영역, 예컨대 중앙부분과 주변부분으로 분할되고, 두종류 이상의 캐리어 가스 사이의 혼합비는 미리 각각의 영역에 대해 등록된다. 캐리어 가스 혼합비는 박막이 실제로 증착되는 영역에 따라 설정되고, 반응가스 농도는 이에 기초하여 자동적으로 바뀐다. 이런 방식으로, 최적 농도의 반응가스가 공급되어 각각의 영역에 고품질의 박막이 증착될 수 있다.
제5도를 참조하면, 제어 유닛(501)은 레이저 빔(106)으로 조사되는 기판 (104)상의 위치에 대응하여, XY 스테이지(502)로 부터 공급되는 위치정보에 따라 질량유량 제어기(122 및 123)를 제어한다. 따라서, 제어 유닛(501)은 레이저 빔(106) 으로 조사되는 기판(104)상의 위치에 따라, Ar 가스(120)와 He 가스(121) 사이의 혼합비를 소정값으로 설정한다. 다른 구성상의 특징들은 전술한 제 1 실시예의 것과 유사하다.
제6도는 제어 유닛의 상세를 나타내는 블록도이다. 영역 검출섹션(601)은 XY 스테이지(502)로 부터 전송된 위치정보에 근거하여 레이저 빔(106)으로 조사되는 기판(104) 상의 영역을 검출한다. 따라서, 영역 검출섹션(601)은 박막이 증착되는 영역을 검출한다. 혼합비설정섹션(602)에서, 각각의 소정 영역에 대해 저장소(118) 안으로 도입되는 Ar 가스(120)와 He 가스(121) 사이의 혼합비는 제7도에 도시된 바와같은 표 형태로 ROM 등에 저장된다. 영역 검출섹션(601)에 의해 검출된 영역에 대응하는 캐리어 가스 혼합비는 ROM 등으로 부터 판독되고, 이 혼합비가 설정된다. 제7도에 기재된 영역들은 제8도에 예시된 바와같이 기판(104)의 중앙위치(801)로 부터의 거리에 따라 분할하여 설정된다. 질량유량 제어기 제어섹션(603)은 혼합비 설정섹션 (602)에 의해 설정된 혼합비를 갖는 Ar 가스(120) 및 He 가스(121)를 캐리어 가스로서 저장소(118) 안으로 도입하도록 질량유량 제어기(122 및 123)를 제어한다.
기판(104)을 현미경(113)등을 통해 관찰하면서, XY 스테이지(502)를 구동하여, 박막이 증착되는 기판(104) 상의 위치에 레이저 빔 조사 표적을 설정한다. 이때, XY 스테이지(502)에 의해 레이저 빔(106)으로 조사되는 기판(104)상의 위치에 대응하는 위치정보는 제어 유닛(501)에 전송된다. 이 위치 정보에 기초하여 박막이 증착되는 영역을 검출하는 제어 유닛(501)은, 제7도에 도시된 바와같이 기판의 각각의 영역에 대한 최적 캐리어 가스 혼합비가 미리 등록되어 있는 표를 구비한다. 최적 캐리어 가스 혼합비는 박막 증착을 위해 검출된 영역에 따라 설정되고, 질량유량 제어기(122 및 123)는 이렇게 설정된 혼합비에 따라 제어된다. 캐리어 가스 혼합비가 변경됨에 따라, 기판(104) 상으로 공급된 반응가스(101)의 농도도 변화한다. 이때, 레이저 빔(106) 으로 기판(104)을 조사하면 소망 품질의 박막이 증착된다. 여기에서, 제7도의 표내의 영역(703)에 대해, 즉 기관의 주변부분에 필름이 증착되는 영역에 대해, 반응가스 (101)의 농도는 증가되어야 하며, 따라서 분자량의 캐리어 가스 즉, Ar 가스(120)의 비율이 높게 설정된다.
반대로, 표내의 영역(701)에 대해서는, 반응가스(101)의 농도를 증가시킬 필요가 없으므로, Ar 가스(120)의 비율은 비교적 낮게 설정된다.
더욱이, 이 실시예는 XY 스테이지(502)로 부터의 정보에 응답하여 제어 유닛 (501)이 질량유량 제어기(122 및 123)를 제어하는 구성을 갖는다. 그러나, 박막형성 공정을 지시하는 시퀀스 정보가 제어 유닛(501) 내의 메모리 회로에 미리 등록되고, 특히 질량유량 제어기들(122 및 123) 뿐만아니라 XY 스테이지(502) 및 레이저 발진기 (105)도 상기 시퀀스 정보에 따라 제어될 수 있다.
다음에 제9도를 참조하여 본 발명의 제 4 의 바람직한 실시예를 설명한다.
이 실시예는 레이저 빔의 소정 크기의 조사 스폿 (irradiation spot) 에 대해 혼합비가 최적인 두종류 이상의 가스의 혼합물을 캐리어 가스로서 사용한다.
일본국 특허 공개 제 1990-260527 호에 개시된 종래기술에 따르면, 박막이 형성되는 동안 레이저 빔의 조사 스폿의 크기를 단계적으로 변화시킴으로써 만족스런 프로파일을 갖는 박막이 형성될 수 있다. 그러나 레이저 빔의 조사 스폿 크기를 변동시키면 박막 형성공정의 상태 균형에 영향을 미치고 균일한 성질의 박막 형성을 방해한다.
반면, 레이저 빔의 조사 스폿 크기의 변동에 따라 챔버 안으로 공급되는 반응가스의 농도를 변화시킴으로써 박막형성 공정의 균형이 변화하는 것을 방지할 수 있다. 이 실시예에서, 반응가스의 농도는 레이저 빔의 조사 스폿 크기의 변동에 따라, 캐리어 가스를 구성하는 두종류 이상의 가스의 혼합비를 제어함으로써 단시간에 변경된다.
제9도를 참조하면, 가변 슬릿(901)의 크기를 지시하는 정보는 가변 슬릿 (901)으로 부터 제어 유닛(902)에 전달된다. 제어 유닛(902)은 상기 정보에 기초하여 질량유량 제어기(122 및 123)를 제어한다. 구성상의 여타 특징은 전술한 제 3 의 실시예의 것과 유사하다.
기판(144)을 조사하는 레이저 빔(106)의 스폿 크기는 레이저 빔(106)이 통과하는 가변 슬릿(901)의 크기에 의해 제어된다. 가변 슬릿(901)의 크기는 소정 시퀀스에서 단계적으로 변한다. 따라서, 이 실시에는 전술한 제 1 실시예에 대해 설명한 방법에 의해 반응가스(101)의 농도를 제어함으로써 만족스런 박막을 형성할 수 있다.
다음에 제10도를 참조하여 본 발명의 제 5 의 바람직한 실시예를 설명한다.
이 실시예는 자외선 레이저 빔에 의해 반응가스를 직접 분해시켜 기판상에 박막을 형성한다. 이것은 전술한 제 1 의 실시예에 대한 것과 동일 구성의 가스 공급원을 사용한다.
제10도를 참조하면, 이 실시예는 레이저 발진기(20)로 부터 방사되는 자외선 레이저 빔(30)의 광축선상에 가변 슬릿 대신 마스크(10)를 구비한다. 마스크(10) 상에 묘사된 패턴을 기판(104)상에 촬상함으로써, 기판(104)상의 넓은 영역에 걸쳐 박막형성이 집중적으로 달성될 수 있다.
광원으로서 자외선 레이저 발진기를 이용하는 레이저 CVD 방법은 광해리 반응을 이용하여 박막형성을 달성하는 공정을 포함한다. 이 박막 형성 공정은 완료까지 약 3 초가 걸린다. 만일, 자외선 레이저 빔으로 조사를 더이상 계속하면, 형성된 막 자체가 열수축된다. 이것은 CVD 반응영역에서 공정온도를 하강시켜 반응가스의 충분한 반응을 방해함으로써, 불완전 분해에 의해 증착된 막을 초래한다.
이러한 문제의 관점에서, 이 실시예는 레이저 발진기(20)의 출력을 점차 증가시키는 동시에 챔버(103)내로 공급되는 반응가스의 농도를 감소시킴으로써 공정 균형을 유지하도록 구성되었다. 이런 방식으로, 3 초이상의 수초동안 자외선 레이저 빔 (30)으로 조사하여 박막형성이 달성되더라도, 자외선 레이저 빔으로 조사하는 동안 반응가스 농도를 변경함으로써 만족스런 품질의 박막이 형성될 수 있다.
다음에 제11도를 참조하여 본 발명의 제 6 의 바람직한 실시예를 설명한다.
광마스크의 결함을 보수할때, 레이저 CVD 에 의한 박막형성 기술이 적용된다. 광마스크의 결함은 레이저 CVD 에 의해 형성된 박막으로 결합부분을 커버함으로써 보수된다. 이 공정에서, 그에의해 형성된 박막은 보수된 광마스크 상에 묘사된 패턴의 가장자리를 정밀하게 재생하여야 한다. 더욱이, 광마스크를 세척하는 공정에서, 형성된 박막이 박리되지 않도록 기판에 대한 박막의 접착은 강화되어야 한다.
그러나, 가시 레이저 빔을 이용하는 열 CVD 에 의한 박막형성 기술이나 자외선 레이저 빔을 이용하는 광 CVD 에 의한 박막형성 기술을 독립적으로 적용함으로써 전술한 요건들을 완전히 만족하는 박막이 단순히 형성될 수는 없다. 따라서, 가시 레이저 빔을 이용하는 열 CVD 에 의한 박막형성은 박막의 가장자리의 정밀한 제어를 거의 허용하지 않으며, 정상 광마스크상의 패턴의 윤곽을 넘는 여분의 박막이 형성되게 한다. 반면, 자외선 레이저 광을 이용하는 광 CVD 에 의한 박막형성은 비록, 박막 형상의 제어능력은 탁월하지만, 증착된 박막의 품질이 상당히 조악하여 세척공정중 박리를 야기한다.
이러한 문제의 관점에서, 이 실시예는 박막 가장자리의 제어능력이 탁월한 자외선 레이저 빔을 이용하는 광 CVD 를 적용하여 결함부분을 커버하도록 제 1 박막을 증착하고, 그 후에 가시 레이저 빔을 이용하는 열 CVD 를 적용하여 제 1 박막을 커버하도록 화학적 저항이 탁월한 제 2 박막을 형성한다. 광 CVD 에 의한 박막형성과 열 CVD 에 의한 박막형성의 이러한 조합에 의해, 교정된 패턴에 대한 고정밀 가장자리를 확보할 수 있고, 또한 광마스크의 세척공정중 박막이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
여기에서, 광 CVD 는 반응가스의 최적 농도가 열 CVD 와는 다르다. 열 CVD 에 의한 박막형성은 광 CVD 의 반응가스 보다 농도가 10배 이상인 반응가스를 요구한다. 그러므로, 광 CVD 와 열 CVD 를 조합하여 이용하는 박막형성 공정에서는, 반응가스의 농도가 공정의 한 상태로 부터 다른 상태로 변경되어야 한다. 이 실시예는 본 발명의 제 1 실시예에 대해 전술한 반응가스 농도에 대한 제어방법을 적용하여 반응가스의 농도를 단시간에 정밀하게 변경한다.
제11도를 참조하면, 두개의 레이저 발진기(50 및 60)가 빔원 (beam source) 으로서 제공된다. 이 레이저 발진기(50)는 열 CVD 에 의한 박막형성에 사용하기 위한 것인 반면, 레이저 발진기(60)는 광 CVD 에 의한 박막형성에 사용하기 위한 것이다. 상기 제 1 박막을 형성함에 있어서, 레이저 발진기(60)로 부터 방사된 자외선 레이저 빔(70)은 특히 빔 익스팬더(107) 및 가변 슬릿(108)을 통해 기판(104)을 조사한다. 반면 상기 제 2 박막을 형성함에 있어서, 레이저 발진기(50)로 부터 방사된 가시 레이저 빔(80)은, 특히, 미러(116), 빔 익스팬더(107) 및 가변 슬릿(118)을 통해 기판 (104)을 조사한다. 제어 유닛(90)은 레이저 발진기(50 및 60)를 소정 시퀀스로 제어하면서, 질량유량 제어기(122 및 123)를 제어하여 레이저 발진기들의 제어를 합치시킨다. 레이저 발진기(60)로 부터 방사된 자외선 레이저 빔(70)을 이용한 광 CVD 에 의해 박막이 형성될때, 제어 유닛(90)은 Ar 가스(120)의 비율을 감소시키도록 질량유량 제어기들(122 및 123)을 제어한다. 반면, 레이저 발진기(50) 로 부터 방사된 자외선 레이저 빔(80)을 이용한 열 CVD 에 의해 박막이 형성될때, 제어 유닛(90)은 Ar 가스(120)의 비율을 증가시키도록 질량유량 제어기들(122 및 123)을 제어한다. 이러한 방식으로, 각각의 CVD 법에 적합한 농도의 반응가스(101)가 챔버(103)안으로 공급될 수 있다.
지금까지 설명한 바와같이, 본 발명은 환경상의 어떠한 변화가 발생하든지간에 반응가스의 공급량을 변경시켜 변화된 환경에 대한 공급량을 최적화함으로써 항상 고품질의 박막을 형성할 수 있다.

Claims (19)

  1. 레이저 빔으로 기판에 조사함으로써 이 기판에 박막을 증착하는 박막형성 방법에 있어서, 상기 기판이 배치된 반응챔버 안으로 분자량이 서로 다른 두종류 이상의 가스의 혼합물을 이용하여 반응가스를 공급하는 단계와, 상기 기판을 상기 레이저 빔으로 조사하여 상기 기판상에 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비가, 이 혼합물의 총유량을 변경시킴이 없이 변화되는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔으로 조사되는 상기 기판상의 영역을 검출하는 단계와, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 상기 영역에 따라 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 조사 스폿의 크기를 검출하는 단계와, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 상기 크기에 따라 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 혼합물을 구성하는 두종류 이상의 가스중 적어도 하나가 헬륨 또는 수소 가스이고, 다른 종류의 가스중 적어도 하나가 비헬륨 희가스 또는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 혼합물이 아르곤 가스와 헬륨 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 혼합물이 크세논 가스와 헬륨 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  9. 제2항에 있어서, 자외선 레이저 빔이 상기 레이저 빔으로서 사용되며, 상기 자외선 빔의 출력을 점차 증가시키는 단계와, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 상기 출력에 따라 변화시킴으로써 상기 반응가스의 농도를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  10. 기판상에 박막을 증착하는 방법에 있어서, 상기 기판이 배치된 반응챔버 안으로 분자량이 서로 다른 두종류 이상의 가스의 혼합물을 이용하여 반응가스를 공급하는 단계, 상기 기판을 자외선 레이저 빔으로 조사함으로써 상기 기판상에 제 1 박막을 증착하는 단계, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 변화시키는 단계, 혼합비가 변경된 상기 혼합물을 이용하여 상기 반응가스를 반응챔버 안으로 공급하는 단계, 및 상기 제 1 박막을 가시 레이저 빔으로 조사함으로써 상기 제 1 박막 위에 제 2 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 방법.
  11. 레이저 빔으로 기판을 조사함으로써 이 기판상에 박막을 증착하는 박막형성 장치에 있어서, 상기 기판이 배치된 반응챔버 안으로 분자량이 서로 다른 두종류 이상의 가스의 혼합물을 이용하여 반응가스를 공급하는 수단과, 상기 기판을 상기 레이저 빔으로 조사하여 상기 기판상에 박막을 증착하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 변화시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비가, 이 혼합물의 총유량을 변경시킴이 없이 변화되는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 레이저 빔으로 조사되는 상기 기판상의 영역을 검출하는 수단과, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 상기 영역에 따라 변화시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 레이저 빔의 조사 스폿의 크기를 검출하는 수단과, 상기 혼합물 내에 함유된 두종류 이상의 가스 사이의 혼합비를 상기 크기에 따라 변화시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 혼합물을 구성하는 두종류 이상의 가스중 적어도 하나가 헬륨 또는 수소 가스이고, 다른 종류의 가스중 적어도 하나가 비헬륨 희가스 또는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 혼합물이 아르곤 가스와 헬륨 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 혼합물이 크세논 가스와 헬륨 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
  19. 기판상에 박막을 증착하는 박막형성 장치에 있어서, 상기 기판을 자외선 레이저 빔으로 조사하는 제 1 레이저 발진기; 상기 기판을 가시 레이저 빔으로 조사하는 제 2 레이저 발진기; 및 상기 기판을 조사하는 레이저 빔의 종류에 따라 반응가스의 농도를 변경하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성 장치.
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