KR101929481B1 - Substrate processing apparatus and substrate processing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소스 가스와 반응 가스를 공간적으로 분리해 기판에 분사하여 기판에 증착되는 박막의 증착 균일도를 증가시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 복수의 기판을 지지하도록 상기 공정 챔버에 설치되어 소정 방향으로 회전하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및 상기 챔버 리드에 일정한 간격으로 삽입 설치되어 기판 상에 서로 상이한 제 1 및 제 2 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 모듈을 가지는 가스 분사부를 포함하고, 상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 상기 제 1 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 공간; 상기 제 2 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 공간; 및 상기 제 2 가스 분사 공간에 설치되어 상기 제 1 가스 분사 공간으로부터 분사되는 상기 제 1 가스가 상기 제 2 가스 분사 공간으로 흐르는 것을 방지하는 가스 홀 패턴 부재를 포함하여 구성될 수 있다.The present invention relates to a substrate processing apparatus capable of spatially separating a source gas and a reactive gas and spraying the same onto a substrate to increase the deposition uniformity of a thin film deposited on the substrate, and a substrate processing method using the substrate processing apparatus. The apparatus includes a process chamber; A substrate support installed in the process chamber to support a plurality of substrates and rotated in a predetermined direction; A chamber lid that covers the top of the process chamber to face the substrate support; And a plurality of gas injection modules inserted into the chamber lid at regular intervals to inject first and second gases different from each other on the substrate, wherein each of the plurality of gas injection modules includes a first gas A first gas injection space for injecting a gas; A second gas injection space for injecting the second gas; And a gas hole pattern member installed in the second gas injection space to prevent the first gas injected from the first gas injection space from flowing into the second gas injection space.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기판에 증착되는 박막의 증착 균일도를 증가시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of increasing the uniformity of deposition of a thin film deposited on a substrate.
일반적으로, 태양전지(Solar Cell), 반도체 소자, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 기판 표면에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 하며, 이를 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토 공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 반도체 제조 공정을 수행하게 된다.Generally, in order to manufacture a solar cell, a semiconductor device, a flat panel display, etc., a predetermined thin film layer, a thin film circuit pattern, or an optical pattern must be formed on the surface of the substrate. For this purpose, A semiconductor manufacturing process such as a thin film deposition process, a photolithography process for selectively exposing a thin film using a photosensitive material, and an etching process for forming a pattern by selectively removing a thin film of an exposed portion are performed.
이러한 반도체 제조 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판 처리 장치의 내부에서 진행되며, 최근에는 플라즈마를 이용하여 증착 또는 식각 공정을 수행하는 기판 처리 장치가 많이 사용되고 있다.Such a semiconductor manufacturing process is performed inside a substrate processing apparatus designed for an optimum environment for the process, and recently, a substrate processing apparatus for performing a deposition or etching process using plasma is widely used.
플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에는 플라즈마를 이용하여 박막을 형성하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 박막을 식각하여 패터닝하는 플라즈마 식각장치 등이 있다.Plasma-based substrate processing apparatuses include a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) apparatus for forming a thin film using plasma, a plasma etching apparatus for patterning a thin film, and the like.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic view for explaining a general substrate processing apparatus.
도 1을 참조하면, 일반적인 기판 처리 장치는 챔버(10), 플라즈마 전극(20), 서셉터(30), 및 가스 분사 수단(40)을 구비한다.Referring to FIG. 1, a general substrate processing apparatus includes a
챔버(10)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간을 제공한다. 이때, 챔버(10)의 일측 바닥면은 반응 공간을 배기시키기 위한 배기구(12)에 연통된다.The
플라즈마 전극(20)은 반응 공간을 밀폐하도록 챔버(10)의 상부에 설치된다.The
플라즈마 전극(20)의 일측은 정합 부재(22)를 통해 RF(Radio Frequency) 전원(24)에 전기적으로 접속된다. 이때, RF 전원(24)은 RF 전력을 생성하여 플라즈마 전극(20)에 공급한다.One side of the
또한, 플라즈마 전극(20)의 중앙 부분은 기판 처리 공정을 위한 소스 가스를 공급하는 가스 공급관(26)에 연통된다.Further, the central portion of the
정합 부재(22)는 플라즈마 전극(20)과 RF 전원(24) 간에 접속되어 RF 전원(24)으로부터 플라즈마 전극(20)에 공급되는 RF 전력의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시킨다.The matching
서셉터(30)는 챔버(10)의 내부에 설치되어 외부로부터 로딩되는 복수의 기판(W)을 지지한다. 이러한 서셉터(30)는 플라즈마 전극(20)에 대향되는 대향 전극으로써, 서셉터(30)를 승강시키는 승강축(32)을 통해 전기적으로 접지된다.The
승강축(32)은 승강 장치(미도시)에 의해 상하 방향으로 승강된다. 이때, 승강축(32)은 승강축(32)과 챔버(10)의 바닥면을 밀봉하는 벨로우즈(34)에 의해 감싸여진다.The
가스 분사 수단(40)은 서셉터(30)에 대향되도록 플라즈마 전극(20)의 하부에 설치된다. 이때, 가스 분사 수단(40)과 플라즈마 전극(20) 사이에는 플라즈마 전극(20)을 관통하는 가스 공급관(26)으로부터 공급되는 소스 가스가 확산되는 가스 확산 공간(42)이 형성된다. 이러한, 가스 분사 수단(40)은 가스 확산 공간(42)에 연통된 복수의 가스 분사구(44)를 통해 소스 가스를 반응 공간의 전 부분에 균일하게 분사한다.The gas injection means 40 is installed below the
이와 같은, 일반적인 기판 처리 장치는 기판(W)을 서셉터(30)에 로딩시킨 다음, 챔버(10)의 반응 공간에 소정의 소스 가스를 분사함과 아울러 플라즈마 전극(20)에 RF 전력을 공급해 반응 공간에 전자기장을 형성함으로써 상기 전자기장에 의해 기판(W) 상에 형성되는 플라즈마를 이용해 기판(W) 상의 소정의 박막을 형성하게 된다.Such a general substrate processing apparatus loads a substrate W onto a
그러나, 일반적인 기판 처리 장치는 상기 소스 가스가 분사되는 공간과 상기 플라즈마가 형성되는 공간이 동일하기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional substrate processing apparatus has the following problems because the space where the source gas is injected and the space where the plasma is formed are the same.
첫째, 기판 상에 형성되는 플라즈마의 밀도를 균일하게 하는데 어려움이 있고, 이로 인해 박막 물질의 막질 제어에 어려움이 있다.First, it is difficult to uniformize the density of the plasma formed on the substrate, which makes it difficult to control the film quality of the thin film material.
둘째, 기판 상의 전영역에 소스 가스가 분사되므로 소스 가스의 사용 효율성이 저하된다.Second, since the source gas is injected into the entire region on the substrate, the efficiency of use of the source gas is lowered.
셋째, 박막 물질이 가스 분사 수단의 가스 분사구에 증착되고, 이로 인한 파티클로 인해 공정 불량이 발생할 수 있다.Third, the thin film material is deposited on the gas injection port of the gas injection means, and the process may cause a process failure due to the particles.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소스 가스와 반응 가스를 공간적으로 분리해 기판에 분사하여 기판에 증착되는 박막의 증착 균일도를 증가시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus capable of spatially separating a source gas and a reactive gas and spraying the same on a substrate to increase the uniformity of deposition of the thin film, The technical problem is to provide.
또한, 본 발명은 소스 가스의 사용 효율성을 증대시키고, 박막 물질이 가스 분사구에 증착되는 것을 최소화할 수 있도록 한 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of increasing the use efficiency of the source gas and minimizing the deposition of the thin film material on the gas injection hole, and a substrate processing method using the substrate processing apparatus.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 복수의 기판을 지지하도록 상기 공정 챔버에 설치되어 소정 방향으로 회전하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및 상기 챔버 리드에 일정한 간격으로 삽입 설치되어 기판 상에 서로 상이한 제 1 및 제 2 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 모듈을 가지는 가스 분사부를 포함하고, 상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 상기 제 1 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 공간; 상기 제 2 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 공간; 및 상기 제 2 가스 분사 공간에 설치되어 상기 제 1 가스 분사 공간으로부터 분사되는 상기 제 1 가스가 상기 제 2 가스 분사 공간으로 흐르는 것을 방지하는 가스 홀 패턴 부재를 포함하여 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus comprising: a processing chamber; A substrate support installed in the process chamber to support a plurality of substrates and rotated in a predetermined direction; A chamber lid that covers the top of the process chamber to face the substrate support; And a plurality of gas injection modules inserted into the chamber lid at regular intervals to inject first and second gases different from each other on the substrate, wherein each of the plurality of gas injection modules includes a first gas A first gas injection space for injecting a gas; A second gas injection space for injecting the second gas; And a gas hole pattern member installed in the second gas injection space to prevent the first gas injected from the first gas injection space from flowing into the second gas injection space.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 상기 제 1 가스 분사 공간에 공급되는 상기 제 1 가스를 활성화시켜 분사할 수 있다.Each of the plurality of gas injection modules may activate and discharge the first gas supplied to the first gas injection space.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 공간적으로 분리된 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간을 가지는 접지 전극 프레임; 및 상기 접지 전극 프레임과 전기적으로 절연되도록 상기 제 1 가스 분사 공간에 삽입 설치되어 상기 제 1 가스 분사 공간에 플라즈마를 발생시켜 상기 제 1 가스를 활성화시키는 플라즈마 전극을 포함하고, 상기 가스 홀 패턴 부재는 상기 제 2 가스 분사 공간의 하면을 덮도록 상기 접지 전극 프레임에 설치되거나 일체화되어 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급되는 상기 제 2 가스를 상기 제 1 가스의 분사 압력보다 높은 압력으로 분사한다.Each of the plurality of gas injection modules includes a ground electrode frame having the first and second gas injection spaces spatially separated from each other; And a plasma electrode inserted in the first gas injection space to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate plasma in the first gas injection space to activate the first gas, The second gas injection space is installed in the ground electrode frame so as to cover the lower surface of the second gas injection space and injects the second gas supplied to the second gas injection space at a pressure higher than the injection pressure of the first gas.
상기 기판 처리 장치는 플라즈마를 이용하여 상기 제 2 가스를 활성화시켜 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급하는 가스 활성화 공급 수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.The substrate processing apparatus may further include gas activation supply means for activating the second gas using plasma to supply the gas to the second gas injection space.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급되는 상기 제 2 가스를 활성화시켜 분사할 수 있다.Each of the plurality of gas injection modules may activate and discharge the second gas supplied to the second gas injection space.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 공간적으로 분리된 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간을 가지는 접지 전극 프레임; 상기 접지 전극 프레임과 전기적으로 절연되도록 상기 제 1 가스 분사 공간에 삽입 설치되어 상기 제 1 가스 분사 공간에 플라즈마를 발생시켜 상기 제 1 가스를 활성화시키는 제 1 플라즈마 전극; 및 상기 접지 전극 프레임과 전기적으로 절연되도록 상기 제 2 가스 분사 공간에 삽입 설치되어 상기 제 2 가스 분사 공간에 플라즈마를 발생시켜 상기 제 2 가스를 활성화시키는 제 2 플라즈마 전극을 포함하고, 상기 가스 홀 패턴 부재는 상기 제 2 가스 분사 공간의 하면을 덮도록 상기 접지 전극 프레임에 설치되거나 일체화되어 상기 활성화된 제 2 가스를 분사한다.Each of the plurality of gas injection modules includes a ground electrode frame having the first and second gas injection spaces spatially separated from each other; A first plasma electrode inserted in the first gas injection space to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate plasma in the first gas injection space to activate the first gas; And a second plasma electrode inserted in the second gas injection space to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate plasma in the second gas injection space to activate the second gas, Member is installed or integrated with the ground electrode frame so as to cover the lower surface of the second gas injection space to inject the activated second gas.
상기 가스 홀 패턴 부재는 상기 제 2 가스 분사 공간에 연통되도록 형성되어 상기 제 2 가스를 상기 제 1 가스의 분사 압력보다 높은 압력으로 분사하는 복수의 가스 분사구를 포함하여 구성될 수 있다.The gas hole pattern member may include a plurality of gas injection openings formed to communicate with the second gas injection space and inject the second gas at a pressure higher than the injection pressure of the first gas.
상기 가스 홀 패턴 부재를 통해 기판 상에 분사되는 상기 제 2 가스의 분사량은 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 상기 각 가스 분사 모듈의 내측에서 상기 기판 지지부의 가장자리에 인접한 상기 각 가스 분사 모듈의 외측으로 갈수록 증가할 수 있다.And the amount of the second gas injected onto the substrate through the gas hole pattern member is increased from the inner side of the gas injection module adjacent to the center of the substrate support portion to the outer side of each gas injection module adjacent to the edge of the substrate support portion .
상기 제 2 가스의 분사량은 상기 제 1 가스의 분사량보다 적은 것을 특징으로 한다.And the injection amount of the second gas is smaller than the injection amount of the first gas.
상기 가스 홀 패턴 부재는 극성이 없는 절연판으로 형성될 수 있다. 상기 가스 홀 패턴 부재는 가스 홀 패턴의 직경에 의해 상기 제 2 가스의 분사량을 조절하는 가스 분사구를 가질 수 있다.The gas hole pattern member may be formed of an insulating plate having no polarity. The gas hole pattern member may have a gas injection hole for adjusting the injection amount of the second gas by the diameter of the gas hole pattern.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 공정 챔버에 설치된 기판 지지부에 복수의 기판을 일정한 간격으로 안착시키는 단계; 상기 복수의 기판이 안착된 기판 지지부를 회전시키는 단계; 및 상기 기판 지지부의 상부에 일정한 간격으로 배치된 복수의 가스 분사 모듈 각각에 공간적으로 분리되어 마련된 제 1 및 제 2 가스 분사 공간 각각을 통해 서로 상이한 제 1 및 제 2 가스를 기판 상에 분사하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 가스를 기판 상에 분사하는 단계에서 상기 제 2 가스는 상기 제 2 가스 분사 공간에 설치된 가스 홀 패턴 부재에 의해 상기 제 1 가스가 상기 제 2 가스 분사 공간으로 흐르는 것이 방지되도록 기판 상에 분사될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a substrate processing method including: mounting a plurality of substrates at a predetermined interval on a substrate supporting unit installed in a process chamber; Rotating the substrate support on which the plurality of substrates are mounted; And spraying first and second gases different from each other through the first and second gas injection spaces spatially separated from the plurality of gas injection modules arranged at a predetermined interval on the substrate supporting part on the substrate, Wherein the second gas is injected into the second gas injection space by the gas hole pattern member provided in the second gas injection space in the step of injecting the first and second gases onto the substrate And may be sprayed onto the substrate to prevent flow.
상기 제 1 가스는 상기 제 1 가스 분사 공간에 발생되는 플라즈마에 의해 활성화되어 기판 상에 분사될 수 있다.The first gas may be activated by the plasma generated in the first gas injection space and sprayed onto the substrate.
상기 제 1 및 제 2 가스를 기판 상에 분사하는 단계는 플라즈마를 이용하여 상기 제 2 가스를 활성화시키고, 활성화된 제 2 가스를 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.The step of injecting the first and second gases onto the substrate may include activating the second gas using a plasma and supplying an activated second gas to the second gas injection space.
상기 제 2 가스는 상기 제 2 가스 분사 공간에 발생되는 플라즈마에 의해 활성화되어 기판 상에 분사될 수 있다.The second gas may be activated by the plasma generated in the second gas injection space and sprayed onto the substrate.
상기 제 2 가스는 상기 제 2 가스 분사 공간에 연통되도록 상기 가스 홀 패턴 부재에 형성된 복수의 가스 분사구에 의해 상기 제 1 가스의 분사 압력보다 높은 압력을 가지도록 기판 상에 분사될 수 있다.The second gas may be injected onto the substrate to have a pressure higher than the injection pressure of the first gas by a plurality of gas injection holes formed in the gas hole pattern member so as to communicate with the second gas injection space.
상기 복수의 가스 분사구를 통해 기판 상에 분사되는 제 2 가스의 분사량은 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 상기 각 가스 분사 모듈의 내측에서 상기 기판 지지부의 가장자리에 인접한 상기 각 가스 분사 모듈의 외측으로 갈수록 증가할 수 있다.The amount of the second gas injected onto the substrate through the plurality of gas injection openings is increased from the inside of each gas injection module adjacent to the central portion of the substrate support portion to the outside of each gas injection module adjacent to the edge of the substrate support portion can do.
상기 제 2 가스는 상기 기판에 형성될 박막 물질을 포함하는 소스 가스이고, 상기 제 1 가스는 상기 기판에 분사된 제 2 가스와 반응하여 상기 기판에 박막을 형성하기 위한 반응 가스일 수 있다.The second gas may be a source gas including a thin film material to be formed on the substrate, and the first gas may be a reactive gas for forming a thin film on the substrate by reacting with a second gas sprayed on the substrate.
상기 제 2 가스는 상기 제 1, 제 2 가스를 퍼지하기 위한 퍼지 가스 및 상기 박막에 도핑될 도펀트 가스 중 적어도 한 종류의 가스와 상기 소스 가스가 혼합된 혼합 가스일 수 있다.The second gas may be a mixed gas in which at least one kind of gas among the purge gas for purging the first and second gases and the dopant gas to be doped into the thin film and the source gas are mixed.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 반응 공간을 공간적으로 분할하도록 배치된 복수의 가스 분사 모듈 각각을 통해 제 2 가스와 제 1 가스를 분사하여 각 기판에 박막을 증착함으로써 박막의 증착 균일도, 증착 속도 및 증착 효율을 향상시키고, 박막의 막질 제어를 용이하게 할 수 있으며, 각 가스 분사 모듈의 가스 홀 패턴 부재를 이용해 소스 가스의 사용 효율성을 증대 및 박막 물질이 가스 분사구와 가스 분사 공간에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the substrate processing apparatus and the substrate processing method according to the present invention are characterized in that the substrate processing apparatus and the substrate processing method according to the present invention each include a plurality of gas injection modules arranged to spatially partition a reaction space, The deposition rate and the deposition efficiency of the thin film can be improved and the film quality control of the thin film can be facilitated and the efficiency of use of the source gas can be increased by using the gas hole pattern member of each gas injection module, Deposition on the gas injection hole and the gas injection space can be minimized.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 기판 지지부에 배치된 복수의 가스 분사 모듈을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 복수의 가스 분사 모듈의 일 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스 홀 패턴 부재를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 가스 홀 패턴 부재의 다른 실시 예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 복수의 가스 분사 모듈의 다른 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면으로써, 도 2에 도시된 복수의 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 각 가스 분사 모듈에서 분사되는 제 2 가스의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실리콘 계열의 소스 가스에 의해 형성되는 실리콘 입자의 크기와 상기 도펀트 가스와 실리콘 계열의 소스 가스에 의해 형성되는 실리콘 입자의 크기를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 각 가스 분사 모듈에서 분사되는 제 2 가스의 다른 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 각 가스 분사 모듈에서 분사되는 제 2 가스의 또 다른 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic view for explaining a general substrate processing apparatus.
2 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 conceptually illustrates a plurality of gas injection modules disposed on the substrate support shown in FIG. 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing one embodiment of the plurality of gas injection modules shown in FIG.
5 is a plan view for explaining the gas hole pattern member shown in Fig.
6 is a plan view for explaining another embodiment of the gas hole pattern member shown in Fig.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the plurality of gas injection modules shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a plurality of gas injection modules shown in FIG. 2, for explaining a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a modified example of the second gas injected from each gas injection module of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the size of silicon particles formed by a silicon-based source gas and the sizes of silicon particles formed by the dopant gas and a silicon-based source gas.
11 is a view for explaining another modification of the second gas injected from each gas injection module of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining another modification of the second gas injected from each gas injection module of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 기판 지지부에 배치된 복수의 가스 분사 모듈을 개념적으로 나타내는 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 복수의 가스 분사 모듈의 일 실시 예를 나타내는 단면도이다.FIG. 2 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 conceptually showing a plurality of gas injection modules arranged in the substrate support shown in FIG. 2, Sectional view showing an embodiment of a plurality of gas injection modules shown in FIG.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 챔버 리드(Chamber Lid; 115), 기판 지지부(120), 및 가스 분사부(130)를 포함하여 구성된다.2 to 4, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
공정 챔버(110)는 기판 처리 공정(예를 들어, 박막 증착 공정)을 위한 반응 공간을 제공한다. 상기의 공정 챔버(110)의 바닥면 또는 측면은 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기관(미도시)에 연통될 수 있다.The
챔버 리드(115)는 공정 챔버(110)의 상부를 덮도록 공정 챔버(110)의 상부에 설치되어 전기적으로 접지된다. 이러한 챔버 리드(115)는 가스 분사부(130)를 지지하는 것으로, 기판 지지부(120)의 상부를 복수의 공간으로 분할하도록 형성된 복수의 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)를 포함하여 이루어진다. 이때, 복수의 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)는 챔버 리드(115)의 중심점을 기준으로 대각선 방향으로 대칭되도록 90도 단위로 이격되도록 챔버 리드(115)에 방사 형태로 형성될 수 있다.The
도 2에서, 챔버 리드(115)는 4개의 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)를 구비하는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되지 않고, 챔버 리드(115)는 중심점을 기준으로 서로 대칭되는 2N(단, N은 자연수)개의 모듈 설치부를 구비할 수 있다. 이때, 복수의 모듈 설치부 각각은 챔버 리드(115)의 중심점을 기준으로 대각선 방향으로 상호 대칭되도록 구비된다. 이하, 챔버 리드(115)는 제 1 내지 제 4 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)를 구비하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.2, the
전술한 상기 챔버 리드(115)에 의해 밀폐되는 공정 챔버(110)의 반응 공간은 챔버 리드(115)에 설치된 펌핑 관(117)을 통해 외부의 펌핑 수단(미도시)에 연결된다.The reaction space of the
상기 펌핑 관(117)은 챔버 리드(115)의 중심부에 형성된 핌핑 홀(115e)을 통해 공정 챔버(110)의 반응 공간에 연통된다. 이에 따라, 공정 챔버(110)의 내부는 펌핑 관(117)을 통한 펌핑 수단의 펌핑 동작에 따라 진공 상태 또는 대기압 상태가 된다. 한편, 반응 공간의 배기 공정은 상기 펌핑관(117) 및 펌핑 홀(115e)을 이용한 상부 중앙 배기 방식을 이용하므로 보다 용이하게 수행될 수 있다.The pumping
기판 지지부(120)는 공정 챔버(110) 내부에 회전 가능하게 설치되어 전기적으로 플로팅(Floating) 된다. 이러한 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 회전축(미도시)에 의해 지지된다. 상기 회전축은 축 구동 부재(미도시)의 구동에 따라 회전됨으로써 기판 지지부(120)를 소정 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전시킨다. 그리고, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 상기의 회전축은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐된다.The
상기 기판 지지부(120)는 외부의 기판 로딩 장치(미도시)로부터 로딩되는 적어도 하나의 기판(W)을 지지한다. 이때, 기판 지지부(120)는 원판 형태를 가지는 것으로, 복수의 기판(W), 예를 들어 반도체 기판 또는 웨이퍼가 될 수 있다. 이 경우, 기판 처리 공정의 생산성 향상을 위해 기판 지지부(120)에는 복수의 기판(W)이 일정한 간격을 가지도록 원 형태로 배치되는 것이 바람직하다.The
가스 분사부(130)는 챔버 리드(115)의 제 1 내지 제 4 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d) 각각에 삽입 설치되어 기판 지지부(120)의 중심점을 기준으로 X축 및 Y축 방향으로 서로 대칭되도록 배치된 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)을 포함하여 구성된다. 이러한, 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 일정한 간격으로 분리되어 기판 지지부(120)와 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)이 중첩되는 가스 분사 영역에만 제 1 및 제 2 가스(G1, G2)를 분사한다. 이에 따라, 인접한 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)에서 분사되는 제 1 및 제 2 가스(G1, G2)는 기판 지지부(120) 상의 각 가스 분사 영역에 분사되어 공간적으로 분리된다. 반면에, 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)에서 분사되는 제 1 및 제 2 가스(G1, G2)는 각 가스 분사 영역 내에서 가까이 분사된다. 이때, 제 1 가스(G1)는 플라즈마에 의해 활성화되어 기판(W) 상으로 분사된다.The
상기 제 2 가스(G2)는 기판(W) 상에 증착될 박막 물질을 포함하는 소스 가스(Source Gas)(SG)가 될 수 있다. 상기 소스 가스는 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 등과 같은 박막 물질을 함유하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si)의 박막 물질을 함유하여 이루어진 소스 가스는 TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane), TSA(Trisilylamine), SiH2Cl2, SiH4, Si2H6, Si3H8, Si4H10, 및 Si5H12 중에서 선택된 가스일 수 있다.The second gas G2 may be a source gas SG including a thin film material to be deposited on the substrate W. [ The source gas may include a thin film material such as silicon (Si), a titanium group element (Ti, Zr, Hf, etc.), aluminum (Al) For example, a source gas containing a thin film material of silicon (Si) may be a source gas of TEOS (Tetraethylorthosilicate), DCS (Dichlorosilane), HCD (Hexachlorosilane), Tridimethylaminosilane (TriDMAS), TSA (Trisilylamine), SiH2Cl2, SiH4, Si2H6 , Si3H8, Si4H10, and Si5H12.
상기 제 1 가스는 전술한 소스 가스(SG)와 반응하여 소스 가스(SG)에 함유된 박막 물질이 기판(W) 상에 증착되도록 하는 반응 가스(Reactant Gas)(RG)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 가스(RG)는 질소(N2), 산소(O2), 이산화질소(N2O), 및 오존(O3) 중 적어도 어느 한 종류의 가스로 이루어질 수 있다.The first gas may be a reactant gas (RG) that reacts with the source gas SG to deposit a thin film material contained in the source gas SG on the substrate W. For example, the reaction gas RG may be composed of at least one gas of nitrogen (N 2), oxygen (O 2), nitrogen dioxide (N 2 O), and ozone (O 3).
제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 접지 전극 프레임(210), 가스 홀 패턴 부재(230), 절연 부재(240), 및 플라즈마 전극(250)을 포함하여 구성된다.Each of the first to fourth
접지 전극 프레임(210)은 제 1 가스(G1)를 분사하는 제 1 가스 분사 공간(S1)과 제 2 가스(G2)를 분사하는 제 2 가스 분사 공간(S2)을 가지도록 형성된다. 이러한 접지 전극 프레임(210)은 챔버 리드(115)의 각 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)에 삽입 설치되어 챔버 리드(115)를 통해 전기적으로 접지된다. 이를 위해, 접지 전극 프레임(210)은 상면 플레이트(210a), 접지 측벽들(210b), 및 접지 격벽 부재(210c)로 이루어진다.The
상면 플레이트(210a)는 직사각 형태로 형성되어 챔버 리드(115)의 해당 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)에 결합된다. 이러한 상면 플레이트(210a)에는 절연 부재 지지 홀(212), 제 1 가스 공급 홀(214), 및 제 2 가스 공급 홀(216)이 형성된다.The
절연 부재 지지 홀(212)은 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되도록 상면 플레이트(210a)를 관통하여 형성된다. 이러한 절연 부재 지지 홀(214)은 직사각 형태의 평면을 가지도록 형성될 수 있다.The insulating
제 1 가스 공급 홀(214)은 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되도록 상면 플레이트(210a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 1 가스 공급 홀(214)은 가스 공급 관(미도시)을 통해 외부의 제 1 가스 공급 수단(미도시)에 연결됨으로써 제 1 가스 공급 수단(미도시)으로부터 가스 공급 관을 통해 제 1 가스(G1), 즉 상기 반응 가스를 공급받는다. 상기 제 1 가스 공급 홀(214)은 상기 절연 부재 지지 홀(212)의 양측에 일정한 간격을 가지도록 복수로 형성되어 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통될 수 있다. 상기 제 1 가스 공급 홀(214)에 공급되는 제 1 가스(G1)는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 공급되어 제 1 가스 분사 공간(S1) 내에서 확산되어 제 1 압력을 가지도록 기판 쪽으로 하향 분사된다. 이를 위해, 제 1 가스 분사 공간(S1)의 하면은 상기 제 1 가스(G1)가 기판 쪽으로 하향 분사되도록 별도의 가스 분사 홀 패턴 없이 통자로 개구된 형태를 갖는 제 1 가스 분사구(231)의 역할을 한다.The first
제 2 가스 공급 홀(216)은 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되도록 상면 플레이트(210a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 2 가스 공급 홀(216)은 가스 공급 관(미도시)을 통해 외부의 제 2 가스 공급 수단(미도시)에 연결됨으로써 제 2 가스 공급 수단(미도시)으로부터 가스 공급 관을 통해 제 2 가스(G2), 즉 상기 소스 가스를 공급받는다. 상기 제 2 가스 공급 홀(216)은 상면 플레이트(210a)에 일정한 간격을 가지도록 복수로 형성되어 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통될 수 있다.The second
접지 측벽들(210b) 각각은 상면 플레이트(210a)의 장변 및 단변 가장자리 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 수직하게 돌출되어 상면 플레이트(210a)의 하부에 사각 형태의 하면 개구부를 마련한다. 이러한 접지 측벽들(210b) 각각은 챔버 리드(115)를 통해 전기적으로 접지되어 접지 전극의 역할을 한다. 상기 접지 측벽들(210b)과 기판(W) 간의 거리(또는 간격)은 10 ~ 25mm 범위로 설정되는 것이 바람직하다.Each of the
접지 격벽 부재(210c)는 상면 플레이트(210a)의 중앙 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 수직하게 돌출되어 접지 측벽들(210b)의 장변들과 나란하게 배치된다. 이러한 접지 격벽 부재(210c)는 접지 측벽들(210b)에 의해 마련되는 하면 개구부에 공간적으로 분리되는 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)을 마련한다. 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)은 상기 접지 격벽 부재(210c)를 중앙에 두고 나란하게 형성되어 적은 공간에서 2개의 서로 다른 가스를 분사하거나, 상기 접지 격벽 부재를 사이에 두고 2개의 서로 다른 공간에 플라즈마를 발생 시킬 수 있다. 이와 같은, 상기 접지 격벽 부재(210c)는 접지 전극 프레임(210)에 일체화되거나 전기적으로 결합되어 접지 전극 프레임(210)을 통해 전기적으로 접지됨으로써 접지 전극의 역할을 한다.The grounding
전술한 접지 전극 프레임(210)의 설명에서는 접지 전극 프레임(210)이 상면 플레이트(210a)와 접지 측벽들(210b) 및 접지 격벽 부재(210c)로 구성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 접지 전극 프레임(210)은 상면 플레이트(210a)와 접지 측벽들(210b) 및 접지 격벽 부재(210c)가 서로 일체화된 하나의 몸체로 형성될 수 있다.Although the
한편, 상기 접지 전극 프레임(210)의 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2) 각각은 기판 지지부(120) 상에 배치되는 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각의 위치에 따라 서로 변경될 수 있다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)의 위치는 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전하는 기판(W)이 제 2 가스(G2)에 먼저 노출된 후, 제 1 가스(G1)에 노출되도록 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)의 위치 및 기판 지지부(120)의 회전 방향에 대응되도록 설정된다.Each of the first and second gas injection spaces S1 and S2 of the
가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 분사 공간(S2)에 설치되어 상기 접지 격벽 부재(210c)를 사이에 두고 인접한 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 분사되는 제 1 가스(G1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 확산, 역류, 및 침투하는 것을 방지한다. 이때, 상기 제 1 가스(G1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 확산, 역류, 및 침투할 경우, 제 2 가스 분사 공간(S2) 내에서 상기 제 1 가스(G1)와 상기 제 2 가스(G2)가 반응하게 되고, 이로 인해 제 2 가스 분사 공간(S2)의 내벽에 이상 박막이 증착되거나 파우더 성분의 이상 박막이 형성되어 기판에 떨어지는 파티클이 생성된다.The gas
상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 분사 공간(S2)의 하면을 덮도록 제 2 가스 분사 공간(S2)을 마련하는 접지 측벽들(210b)과 접지 격벽 부재(210c) 각각의 하면에 일체화되거나, 극성을 가지지 않는 절연 재질의 절연판(또는 샤워 헤드) 형태로 형성되어 제 2 가스 분사 공간(S2)의 하면에 결합될 수 있다. 이에 따라, 접지 전극 프레임(210)의 상면 플레이트(210a)와 가스 홀 패턴 부재(230) 사이의 제 2 가스 분사 공간(S2)에는 소정의 가스 확산 공간 또는 가스 버퍼링 공간이 마련된다.The gas
상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 공급 홀(216)을 통해 제 2 가스 분사 공간(S2)에 공급된 제 2 가스(G2)를 기판 쪽으로 하향 분사하는 복수의 제 2 가스 분사구(232)를 포함하여 구성된다.The gas
상기 복수의 제 2 가스 분사구(232)는 상기 제 2 가스(G2)가 확산되는 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되도록 홀 패턴 형태로 형성되어 상기 제 2 가스(G2)를 상기 제 1 가스(G1)의 분사 압력보다 높은 제 2 압력을 가지도록 기판 쪽으로 하향 분사한다. 이때, 제 2 가스(G2)는 홀 패턴 형태로 형성된 제 2 가스 분사구(232)를 통해 분사되므로 홀 패턴이 형성되지 않은 제 1 가스 분사구(231)를 통해 분사되는 제 1 가스(G1)의 분사 압력보다 가스가 분사되는 직경이 홀 패턴에 의해 작기 때문에 높은 압력을 가지도록 기판 상에 분사된다. 이로 인해, 상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 기판 상에 분사되는 제 2 가스(G2)의 분사 압력을 통해 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 분사되는 제 1 가스(G1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 확산, 역류, 및 침투하는 것을 방지한다. 또한, 상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 분사구(232)를 통해 상기 제 2 가스(G2)를 하향 분사하고, 홀이 형성된 판형상으로 인해 상기 제 2 가스(G2)를 지연시키거나 정체시켜 제 2 가스(G2)의 사용량을 감소시킬 수 있다. 게다가, 가스 분사구(232)의 홀 패턴 형상을 조절 함으로서 가스의 유량을 조절할 수 있어서 상기 제 제 2 가스(G2)의 사용 효율성을 증대시킨다.The plurality of second
일 실시 예에 따른 상기 복수의 제 2 가스 분사구(232)는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 가지도록 격자 형태로 배치되거나, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 가스 분사 모듈의 길이 방향으로 따라 엇갈리는 형태로 배치될 수 있다.The plurality of second
다른 실시 예에 따른 상기 복수의 제 2 가스 분사구(232)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(120)의 회전에 따른 각속도에 기초해 기판(W)에 분사되는 제 2 가스(G2)의 분사량을 보상하도록 배치될 수 있다. 즉, 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 기판(W)의 내측 영역은 기판 지지부(120)의 가장자리에 인접한 기판(W)의 외측 영역보다 빠른 각속도를 가지게 된다. 이에 따라, 제 2 가스(G2)의 분사량이 각 가스 분사 모듈의 길이(또는 장변) 방향으로 균일할 경우, 기판(W)의 내측 영역에 증착되는 박막과 기판(W)의 외측 영역에 증착되는 박막의 두께가 불균일하게 된다. 이에 따라, 본 발명은 제 2 가스(G2)의 분사량이 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 증가하도록 상기 복수의 제 2 가스 분사구(232)를 형성 및 배치함으로써 각속도에 따른 박막의 두께 불균일을 보상하게 된다.6, the plurality of second
일 예로써, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 각 가스 분사 모듈의 길이(또는 장변) 방향을 따라 형성된 인접한 제 2 가스 분사구들(232) 간의 간격(i1, i2, i3, i4, i5)은 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 감소할 수 있다.6 (a), the distance (i1, i2, i3, i4, ..., i4) between adjacent second
다른 예로써, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 가스 분사 모듈의 길이(또는 장변) 방향을 따라 형성된 제 2 가스 분사구들(232)의 개수는 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 증가할 수 있다. 이때, 상기 제 2 가스 분사구들(232)의 간격은 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 감소할 수도 있다.6 (b), the number of the second
또 다른 예로써, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 각 가스 분사 모듈의 길이(또는 장변) 방향을 따라 형성된 제 2 가스 분사구들(232)의 직경(d1, d2, d3, d4, d5)은 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 증가할 수 있다. 이때, 상기 제 2 가스 분사구들(232)의 간격은 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 감소할 수도 있다.6 (c), the diameters d1, d2, d3, d4, and d2 of the second
또 다른 예로써, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 제 2 가스 분사구들(232)은 각 가스 분사 모듈의 단변 방향에 나란한 슬릿(Slit) 형태로 형성되고, 각 가스 분사 모듈의 길이(또는 장변) 방향을 따라 형성된 제 2 가스 분사구들(232)의 길이는 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 증가할 수 있다. 이때, 상기 제 2 가스 분사구들(232)의 간격은 각 가스 분사 모듈의 내측(130i)에서 각 가스 분사 모듈의 외측(130o)으로 갈수록 감소할 수도 있다.As another example, as shown in FIG. 6 (d), the second
전술한 상기 제 2 가스 분사구(232)는 제 1 가스 분사구보다 좁게 형성되어 분사되는 가스의 양을 제 2 가스 분사구(232)의 직경 크기로 조절할 수 있다. 상기 제 2 가스 분사구(232)의 직경을 제 1 가스 분사구보다 좁게 형성할 수 있는 것은 제 2 가스 분사구(232)는 상대적으로 적은 양의 제 2 가스인 소스 가스를 분사하고, 제 1 가스 분사구는 상기 소스 가스보다 상대적으로 많은 양의 제 1 가스인 반응 가스를 분사하기 때문이다.The second
절연 부재(240)는 절연 물질로 이루어져 접지 전극 프레임(210)에 형성된 절연 부재 지지 홀(212)에 삽입됨과 아울러 체결 부재(미도시)에 의해 접지 전극 프레임(210)의 상면에 결합된다. 이러한 절연 부재(240)는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되는 전극 삽입 홀을 포함하여 구성된다.The insulating
플라즈마 전극(250)은 도전성 재질로 이루어져 절연 부재(240)의 전극 삽입 홀에 관통 삽입되어 접지 전극 프레임(210)의 하면으로부터 소정 높이로 돌출됨으로써 제 1 가스 분사 공간(S1)에 배치된다. 이때, 플라즈마 전극(250)은 접지 격벽 부재(210c) 및 접지 전극 프레임(210)의 측벽들(210b) 각각과 동일한 높이로 돌출되는 것이 바람직하다.The
상기 플라즈마 전극(250)은 급전 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(140)에 전기적으로 접속됨으로써 플라즈마 전원 공급부(140)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 1 가스 분사 공간(S1)에 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 상기 플라즈마는 접지 전극의 역할을 하는 접지 측벽(210b) 및 접지 격벽 부재(210c) 각각과 플라즈마 전원이 공급되는 플라즈마 전극(250) 사이에 발생됨으로써 제 1 가스 분사 공간(S1)에 공급되는 제 1 가스(G1)를 활성화시킨다. 이에 따라, 상기 활성화된 제 1 가스(PG1)는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 공급되는 제 1 가스(G1)의 유속(또는 흐름)에 의해 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 하향 분사될 수 있다.The
플라즈마 전원 공급부(140)는 소정의 주파수를 가지는 플라즈마 전원을 발생하고, 급전 케이블을 통해 플라즈마 전원을 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각에 공통적으로 공급하거나 개별적으로 공급한다. 이때, 플라즈마 전원은 고주파(예를 들어, HF(High Frequency) 전력 또는 VHF(Very High Frequency) 전력이 공급된다. 예를 들어, HF 전력은 3㎒ ~ 30㎒ 범위의 주파수를 가지며, VHF 전력은 30㎒ ~ 300㎒ 범위의 주파수를 가질 수 있다.The plasma
한편, 상기 급전 케이블에는 임피던스 매칭 회로(미도시)가 접속된다.On the other hand, an impedance matching circuit (not shown) is connected to the feed cable.
상기 임피던스 매칭 회로는 플라즈마 전원 공급부(140)로부터 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각에 공급되는 플라즈마 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시킨다. 이러한 임피던스 매칭 회로는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나로 구성되는 적어도 2개의 임피던스 소자(미도시)로 이루어질 수 있다.The impedance matching circuit matches the load impedance and the source impedance of the plasma power supplied from the plasma
전술한 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 플라즈마 전극(250)에 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 1 가스 분사 공간(S1)에 플라즈마를 발생시켜 제 1 가스 분사 공간(S1)의 제 1 가스(G1)를 활성화하여 하향 분사함과 동시에 가스 홀 패턴 부재(230)를 통해 제 2 가스 분사 공간(S2)의 제 2 가스(G2)를 소정의 압력으로 하향 분사한다. 이때, 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)은 가스 홀 패턴 부재(230)를 이용해 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 하향 분사되는 활성화된 제 1 가스(PG1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 역류(또는 침투)하는 것을 방지함으로써 제 2 가스 분사 공간(S2)의 내부에서 제 2 가스(G2)와 활성화된 제 1 가스(PG1)가 반응해 제 2 가스 분사 공간(S2)의 내벽에 박막 물질이 증착되는 것을 방지한다.Each of the first to fourth
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100) 및 이를 이용한 기판 처리 방법은 기판 지지부(120) 상에 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)을 일정한 간격으로 로딩한 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 기판(W)이 로딩된 기판 지지부(120)를 소정 방향(예를 들어, 시계 반대 방향)으로 회전시키면서 각 가스 분사 모듈을 통해 제 2 가스(G2)와 활성화된 제 1 가스(PG1)를 회전되는 기판 지지부(120) 상에 하향 분사한다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 회전에 따라 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)의 하부를 통과하는 각 기판(W) 상에는 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)로부터 분사되는 제 2 가스(G2)와 활성화된 제 1 가스(PG1)의 상호 반응에 의해 소정의 박막 물질이 증착되게 된다. 이때, 제 2 가스(G2)와 활성화된 제 1 가스(PG1)는 가스 분사 모듈 각각에 인접하게 형성된 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)을 통해 가까이 분사되고, 이로 인해 제 2 가스(G2), 즉 소스 가스가 보다 빨리 활성화된 제 1 가스(PG1)와 만나 반응하여 손실 없이 효율적으로 분해된다.The
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100) 및 이를 이용한 기판 처리 방법은 반응 공간을 공간적으로 분할하도록 배치된 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각을 통해 제 2 가스(G2)와 활성화된 제 1 가스(PG1)를 분사하여 각 기판(W)에 박막을 증착함으로써 박막의 증착 균일도, 증착 속도 및 증착 효율을 향상시키고, 박막의 막질 제어를 용이하게 할 수 있으며, 각 가스 분사 모듈의 가스 홀 패턴 부재(230)를 이용해 소스 가스의 사용 효율성을 증대 및 박막 물질이 가스 분사구와 가스 분사 공간에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.
The
도 7은 도 2에 도시된 복수의 가스 분사 모듈의 다른 실시 예를 나타내는 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the plurality of gas injection modules shown in FIG. 2. FIG.
도 7을 도 2와 결부하면, 다른 실시 예에 따른 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 전술한 제 1 및 제 2 가스(G1, G2) 각각을 모두 활성화시켜 기판(W) 상으로 하향 분사하는 것으로, 접지 전극 프레임(410), 가스 홀 패턴 부재(230), 제 1 및 제 2 절연 부재(440, 442), 제 1 및 제 2 플라즈마 전극(450, 452)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 7, the first to fourth
접지 전극 프레임(410)은 제 1 가스(G1)를 분사하는 제 1 가스 분사 공간(S1)과 제 2 가스(G2)를 분사하는 제 2 가스 분사 공간(S2)을 가지도록 형성된다. 이러한 접지 프레임(410)은 챔버 리드(115)의 각 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)에 삽입 설치되어 챔버 리드(115)를 통해 전기적으로 접지된다. 이를 위해, 접지 프레임(410)은 상면 플레이트(410a), 접지 측벽들(410b), 및 접지 격벽 부재(410c)로 이루어진다.The
상면 플레이트(410a)는 직사각 형태로 형성되어 챔버 리드(115)의 해당 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)에 결합된다. 이러한 상면 플레이트(410a)에는 제 1 절연 부재 지지 홀(412), 제 1 가스 공급 홀(414), 제 2 절연 부재 지지 홀(415), 및 제 2 가스 공급 홀(416)이 형성된다.The
제 1 절연 부재 지지 홀(412)은 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되도록 상면 플레이트(410a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 1 절연 부재 지지 홀(412)은 직사각 형태의 평면을 가지도록 형성될 수 있다.The first insulating
제 1 가스 공급 홀(414)은 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되도록 상면 플레이트(410a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 1 가스 공급 홀(414)은 가스 공급 관(미도시)을 통해 외부의 제 1 가스 공급 수단(미도시)에 연결됨으로써 제 1 가스 공급 수단(미도시)으로부터 가스 공급 관을 통해 제 1 가스(G1), 즉 상기 반응 가스를 공급받는다. 상기 제 1 가스 공급 홀(414)은 상기 제 1 절연 부재 지지 홀(412)의 양측에 일정한 간격을 가지도록 복수로 형성되어 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통될 수 있다. 상기 제 1 가스 공급 홀(414)에 공급되는 제 1 가스(G1)는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 공급되어 제 1 가스 분사 공간(S1) 내에서 확산되어 제 1 압력을 가지도록 기판 쪽으로 하향 분사된다. 이를 위해, 제 1 가스 분사 공간(S1)의 하면은 상기 제 1 가스(G1)가 기판 쪽으로 하향 분사되도록 별도의 가스 분사 홀 패턴 없이 통자로 개구된 형태를 갖는 제 1 가스 분사구(231)의 역할을 한다.The first
제 2 절연 부재 지지 홀(415)은 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되도록 상면 플레이트(410a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 2 절연 부재 지지 홀(415)은 직사각 형태의 평면을 가지도록 형성될 수 있다.The second insulating
제 2 가스 공급 홀(416)은 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되도록 상면 플레이트(410a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 2 가스 공급 홀(416)은 가스 공급 관(미도시)을 통해 외부의 제 2 가스 공급 수단(미도시)에 연결됨으로써 제 2 가스 공급 수단(미도시)으로부터 가스 공급 관을 통해 제 2 가스(G2), 즉 상기 소스 가스를 공급받는다. 상기 제 2 가스 공급 홀(416)은 상기 제 2 절연 부재 지지 홀(415)의 양측에 일정한 간격을 가지도록 복수로 형성되어 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통될 수 있다.The second
접지 측벽들(410b)과 접지 격벽 부재(410c)는 전술한 도 4와 동일하게 상면 플레이트(410a)로부터 소정 높이를 가지도록 수직하게 돌출됨으로써 접지 전극 프레임(410)에 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)을 마련한다.4, the
가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 분사 공간(S2)의 하면에 설치되어 상기 접지 격벽 부재(410c)를 사이에 두고 인접한 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 분사되는 제 1 가스(G1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 확산, 역류, 및 침투하는 것을 방지한다. 이와 같은, 가스 홀 패턴 부재(230)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 제 2 가스 분사구(232)를 포함하여 구성되므로, 상기 제 2 가스 분사구(232)에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.The gas
제 1 절연 부재(440)는 절연 물질로 이루어져 접지 프레임(410)에 형성된 제 1 절연 부재 지지 홀(412)에 삽입됨과 아울러 체결 부재(미도시)에 의해 접지 프레임(410)의 상면에 결합된다. 이러한 제 1 절연 부재(440)는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되는 제 1 전극 삽입 홀을 포함하여 구성된다.The first insulating
제 1 플라즈마 전극(450)은 도전성 재질로 이루어져 제 1 절연 부재(440)의 제 1 전극 삽입 홀에 관통 삽입되어 접지 프레임(410)의 하면으로부터 소정 높이로 돌출됨으로써 제 1 가스 분사 공간(S1)에 배치된다. 이러한, 제 1 플라즈마 전극(450)은, 전술한 바와 같이, 전술한 급전 케이블을 통해 전술한 플라즈마 전원 공급부(140)에 전기적으로 접속됨으로써 플라즈마 전원 공급부(140)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 1 가스 분사 공간(S1)에 플라즈마를 발생시킨다.The
제 2 절연 부재(442)는 절연 물질로 이루어져 접지 프레임(410)에 형성된 제 2 절연 부재 지지 홀(415)에 삽입됨과 아울러 체결 부재(미도시)에 의해 접지 프레임(410)의 상면에 결합된다. 이러한 제 2 절연 부재(442)는 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되는 제 2 전극 삽입 홀을 포함하여 구성된다.The second insulating
제 2 플라즈마 전극(452)은 도전성 재질로 이루어져 제 2 절연 부재(442)의 제 2 전극 삽입 홀에 관통 삽입되어 접지 프레임(410)의 하면으로부터 소정 높이로 돌출됨으로써 제 2 가스 분사 공간(S2)에 배치된다. 이때, 제 2 플라즈마 전극(452)은 전술한 가스 홀 패턴 부재(230)로부터 소정 높이로 이격되도록 돌출되는 것이 바람직하다. 이는, 제 2 플라즈마 전극(452)이 가스 홀 패턴 부재(230)에 가깝도록 제 2 가스 분사 공간(S2)에 배치될 경우 제 2 플라즈마 전극(452)과 가스 홀 패턴 부재(230) 간의 전압차에 의한 아킹(Arcking)이 발생될 수 있기 때문이다. 또한, 제 2 플라즈마 전극(452)이 가스 홀 패턴 부재(230)에 접촉될 경우, 가스 홀 패턴 부재(230)가 접지 역할을 하지 못해 전압차가 존재하지 않아 플라즈마가 잘 생성되지 않는다.The
상기 제 2 플라즈마 전극(452)은 급전 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(142)에 전기적으로 접속됨으로써 플라즈마 전원 공급부(142)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 2 가스 분사 공간(S2)에 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 상기 플라즈마는 접지 전극의 역할을 하는 접지 측벽(410b) 및 접지 격벽 부재(410c) 각각과 플라즈마 전원이 공급되는 제 2 플라즈마 전극(452) 사이에 발생됨으로써 제 2 가스 분사 공간(S2)에 공급되는 제 2 가스(G2)를 활성화시킨다. 이에 따라, 상기 활성화된 제 2 가스(PG2)는 가스 홀 패턴 부재(230)의 제 2 가스 분사구(232)에 의해 소정 압력으로 하향 분사될 수 있다.The
전술한 바와 같은, 다른 실시 예에 따른 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 플라즈마 전극(250)에 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2) 각각에 플라즈마를 발생시켜 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2) 각각의 제 1 및 제 2 가스(G1, G2) 각각을 모두 활성화하여 하향 분사함과 동시에 가스 홀 패턴 부재(230)를 통해 제 2 가스 분사 공간(S2)의 제 2 가스(G2)를 소정의 압력으로 하향 분사한다. 이때, 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)은 가스 홀 패턴 부재(230)를 이용해 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 하향 분사되는 활성화된 제 1 가스(PG1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 역류, 확산, 및 침투하는 것을 방지함으로써 제 2 가스 분사 공간(S2)의 내부에서 활성화된 제 1 및 제 2 가스(PG1, PG2)가 반응해 제 2 가스 분사 공간(S2)의 내벽에 박막 물질이 증착되는 것을 방지한다.Each of the first to fourth
이와 같은, 다른 실시 예에 따른 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)을 포함하는 본 발명의 다른 실시 예의 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법은 제 2 가스(G2)를 활성화시켜 기판(W) 상에 분사하는 것을 제외하고는 전술한 기판 처리 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.According to another embodiment of the present invention, which includes the first to fourth
이상과 같은 본 발명의 다른 실시 예의 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법은 반응 공간을 공간적으로 분할하도록 배치된 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각을 통해 활성화된 제 1 및 제 2 가스(PG1, PG2)를 분사하여 각 기판(W)에 박막을 증착함으로써 박막의 증착 균일도, 증착 속도 및 증착 효율을 더욱 향상시키고, 박막의 막질 제어를 용이하게 할 수 있으며, 각 가스 분사 모듈의 가스 홀 패턴 부재(230)를 이용해 소스 가스의 사용 효율성을 증대 및 박막 물질이 가스 분사구와 가스 분사 공간에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.
The substrate processing apparatus and the substrate processing method using the substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention may be applied to the first and second substrate processing apparatuses through the plurality of
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면으로써, 도 2에 도시된 복수의 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a plurality of gas injection modules shown in FIG. 2, for explaining a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 8을 도 2와 결부하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 챔버 리드(115), 기판 지지부(120), 가스 분사부(130), 및 가스 활성화 공급 수단(260)을 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 기판 처리 장치에서 가스 활성화 공급 수단(260)을 제외한 나머지 구성들은 전술한 도 2 내지 도 6에 도시된 기판 처리 장치와 동일하므로 동일한 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.2, a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention includes a
가스 활성화 공급 수단(260)은 제 2 가스 공급 수단(미도시)으로부터 공급되는 제 2 가스(G2)를 활성화시키고, 가스 공급관(262)을 통해 활성화된 제 2 가스(PG)를 전술한 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각의 제 2 가스 분사 공간(S2)에 공급한다. 이러한 가스 활성화 공급 수단(260)은 리모트 플라즈마 발생 방식에 기초하여 공급되는 제 2 가스(G2)를 활성화시킬 수 있다.The gas activation supply means 260 activates the second gas G2 supplied from the second gas supply means and activates the second gas PG activated through the
이와 같은, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 가스 활성화 공급 수단(260)을 이용해 제 2 가스(G2)를 활성화시키고, 활성화된 제 2 가스(PG2)를 각 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)에 공급하여 기판(W) 상에 분사하는 것을 제외하고는 전술한 기판 처리 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.The substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention activates the second gas G2 using the gas activation supply means 260 and supplies the activated second gas PG2 to each
이상과 같은 본 발명의 또 다른 실시 예의 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법은 반응 공간을 공간적으로 분할하도록 배치된 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각을 통해 활성화된 제 1 및 제 2 가스(PG1, PG2)를 분사하여 각 기판(W)에 박막을 증착함으로써 박막의 증착 균일도, 증착 속도 및 증착 효율을 더욱 향상시키고, 박막의 막질 제어를 용이하게 할 수 있으며, 각 가스 분사 모듈의 가스 홀 패턴 부재(230)를 이용해 소스 가스의 사용 효율성을 증대 및 박막 물질이 가스 분사구와 가스 분사 공간에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.
The substrate processing apparatus and the substrate processing method using the substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention as described above may further include a plurality of
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치에서는 제 1 및 제 2 가스(G1, G2), 즉 반응 가스(RG)와 소스 가스(SG)를 이용하여 기판 상에 박막 물질을 증착하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 전술한 소스 가스(SG)와 다른 종류의 가스를 혼합한 혼합 가스와 상기 반응 가스(RG)를 이용하여 기판 상에 박막 물질을 증착할 수 있다.In the substrate processing apparatus according to the embodiments of the present invention as described above, the thin film material is deposited on the substrate using the first and second gases G1 and G2, that is, the reactive gas RG and the source gas SG The thin film material may be deposited on the substrate by using the mixed gas of the source gas SG and the gas of the other kind and the reactive gas RG.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 전술한 상기 제 2 가스(G2)는 퍼지 가스(Purge Gas)(PG) 및 도펀트 가스(Dopant Gas)(DG) 중 적어도 한 종류의 가스(PG, DG)와 상기 소스 가스(SG)가 혼합된 혼합 가스(SG+PG, SG+DG, SG+DG+PG)일 수 있다. 이때, 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않고 남은 소스 가스 및/또는 반응 가스와 반응하지 않고 잔존하는 소스 가스를 퍼지하기 위한 것으로, 질소(N2), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 및 헬륨(He) 중 적어도 어느 한 종류의 가스로 이루어질 수 있다. 그리고, 도펀트 가스(DG)는 상기 박막 물질에 도핑될 도펀트를 포함하는 것으로, C2H4, NH3, PH3, 또는 B2H6 등이 될 수 있다. 이때, 도펀트 가스(DG)는 C2H4와 NH3 중 어느 한 종류의 가스와, PH3와 B2H6 중 어느 한 종류의 가스가 혼합되어 이루어질 수 있다.9, the second gas G2 may be at least one of a purge gas PG and a dopant gas DG (PG, (SG + PG, SG + DG, SG + DG + PG) mixed with the source gas (SG) At this time, the purge gas PG is for purifying the remaining source gas without reacting with the source gas and / or the reactive gas left without being deposited on the substrate W. The purge gas PG may be a nitrogen gas, Ze), and helium (He). The dopant gas (DG) includes a dopant to be doped into the thin film material, and may be C2H4, NH3, PH3, or B2H6. At this time, the dopant gas (DG) may be a mixture of any one of C2H4 and NH3 gases and one of PH3 and B2H6 gases.
상기 소스 가스(SG)와 상기 퍼지 가스(PG)가 혼합된 혼합 가스(SG+PG)와 상기 반응 가스(RG)를 사용하는 기판 상에 박막 물질을 증착하는 경우에 있어서, 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않고 남은 소스 가스 및/또는 반응 가스와 반응하지 않고 잔존하는 소스 가스를 제거함으로써 박막 물질의 막질을 향상시킨다.When the thin film material is deposited on the substrate using the mixed gas (SG + PG) in which the source gas (SG) and the purge gas (PG) are mixed and the reactive gas (RG) Improves the film quality of the thin film material by removing the remaining source gas without being deposited on the substrate W and / or the remaining source gas without reacting with the reactive gas.
상기 소스 가스(SG)와 상기 도펀트 가스(DG)가 혼합된 혼합 가스(SG+DG)와 상기 반응 가스(RG)는 기판 상에 폴리 실리콘 박막을 형성하는 박막 증착 공정에 사용될 수 있다. 이 경우, 반응 가스(RG) 대비 상기 소스 가스(SG)와 상기 도펀트 가스(DG) 각각의 조성비는 폴리 실리콘 박막의 막질, 입자 크기, 및 전도도 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이때, 폴리 실리콘 박막을 캡핑층(capping layer)으로 형성하는 경우 상기 도펀트 가스(DG)의 조성비는 폴리 실리콘 박막에 도핑되는 도펀트의 도핑 농도가 높도록 설정된다. 또한, 나노 폴리 실리콘 박막을 형성하는 경우, 상기 도펀트 가스(DG)의 조성비는 폴리 실리콘 박막에 도핑되는 도펀트의 도핑 농도가 낮도록 설정된다.The mixed gas (SG + DG) in which the source gas SG and the dopant gas DG are mixed and the reactive gas RG may be used in a thin film deposition process for forming a polysilicon thin film on a substrate. In this case, the composition ratios of the source gas SG and the dopant gas DG with respect to the reaction gas RG can be variously set according to the film quality, the particle size, and the conductivity characteristics of the polysilicon thin film. At this time, when the polysilicon thin film is formed as a capping layer, the composition ratio of the dopant gas (DG) is set so that the doping concentration of the dopant doped in the polysilicon thin film is high. Further, in the case of forming the nanoposilicon thin film, the composition ratio of the dopant gas (DG) is set so that the doping concentration of the dopant doped in the polysilicon thin film is low.
예를 들어, C2H4와 NH3 중 어느 한 종류의 가스를 포함하여 이루어지는 도펀트 가스(DG)와 실리콘 계열의 소스 가스(SG)가 혼합된 제 2 가스(G2)를 사용하여 기판 상에 폴리 실리콘 박막을 형성할 경우, 도펀트 가스(DG)의 C 또는 N이 실리콘 입자의 성장을 방해하게 되고, 이로 인해 실리콘 입자의 크기는 작아지게 된다.
For example, a polysilicon thin film is formed on a substrate by using a second gas (G2) in which a dopant gas (DG) containing a gas of any one of C2H4 and NH3 and a silicon-based source gas (SG) The C or N of the dopant gas (DG) interferes with the growth of the silicon particles, and the size of the silicon particles becomes small.
도 10은 실리콘 계열의 소스 가스(SG)에 의해 형성되는 실리콘 입자의 크기와 상기 도펀트 가스(DG)와 실리콘 계열의 소스 가스(SG)에 의해 형성되는 실리콘 입자의 크기를 나타내는 도면이다.10 is a view showing the size of the silicon particles formed by the silicon-based source gas SG and the sizes of the silicon particles formed by the dopant gas DG and the silicon-based source gas SG.
도 10의 (a)와 같이 실리콘 계열의 소스 가스(SG)에 의해 형성되는 실리콘 입자의 크기는 도 10의 (b)와 같이 상기 도펀트 가스(DG)와 실리콘 계열의 소스 가스(SG)에 의해 형성되는 실리콘 입자보다 큰 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 소스 가스와 도펀트 가스가 혼합된 제 2 가스(G2)를 이용하여 폴리 실리콘 박막을 형성할 경우 실리콘 입자의 크기를 줄일 수 있다.
10 (a), the size of the silicon particles formed by the silicon-based source gas SG is changed by the dopant gas DG and the silicon-based source gas SG as shown in FIG. 10 (b) Is larger than that of the silicon particles to be formed. Therefore, the present invention can reduce the size of the silicon particles when the polysilicon thin film is formed using the second gas (G2) in which the source gas and the dopant gas are mixed.
한편, 전술한 실시 예들에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에서는 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각이 동일한 가스를 분사하는 것을 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다.In the substrate processing apparatus and the substrate processing method using the substrate processing apparatus according to the above-described embodiments, the plurality of
일 예로써, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 중 일부의 가스 분사 모듈(130a, 130c)은 상기 소스 가스(SG)와 상기 도펀트 가스(DG)의 혼합 가스(SG+DG)로 이루어진 제 2 가스(G2) 및 상기 제 1 가스(G1)를 분사하고, 나머지 가스 분사 모듈(130b, 130d)은 상기 소스 가스(SG)와 상기 퍼지 가스(PG)의 혼합 가스(SG+PG)로 이루어진 제 2 가스(G2) 및 상기 제 1 가스(G1)를 분사할 수 있다. 이때, 상기 일부의 가스 분사 모듈(130a, 130c)은 기판 지지부(120)의 중심부를 기준으로 대각선 방향으로 대칭되고, 상기 나머지 가스 분사 모듈(130b, 130d) 역시 기판 지지부(120)의 중심부를 기준으로 대각선 방향으로 대칭된다.11, the
다른 예로써, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 중 일부의 가스 분사 모듈(130a, 130c)은 상기 소스 가스(SG)와 상기 도펀트 가스(DG) 및 상기 퍼지 가스(PG)의 혼합 가스(SG+DG+PG)로 이루어진 제 2 가스(G2) 및 상기 제 1 가스(G1)를 분사하고, 나머지 가스 분사 모듈(130b, 130d)은 상기 소스 가스(SG)와 상기 도펀트 가스(DG)의 혼합 가스(SG+DG)로 이루어진 제 2 가스(G2) 및 상기 제 1 가스(G1)를 분사할 수 있다.12, the
결과적으로, 상기 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각에서 분사되는 상기 제 2 가스(G2)는 상기 도펀트 가스(DG) 및 상기 퍼지 가스(PG) 중에서 선택되는 적어도 한 종류의 가스(DG, PG)를 포함하게 된다.As a result, the second gas G2 injected from each of the plurality of
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
110: 공정 챔버 115: 챔버 리드
120: 기판 지지부 130: 가스 분사부
130a: 제 1 가스 분사 모듈 130b: 제 2 가스 분사 모듈
130c: 제 3 가스 분사 모듈 130d: 제 4 가스 분사 모듈
140: 플라즈마 전원 공급부 210: 접지 전극 프레임
230: 가스 홀 패턴 부재 250: 플라즈마 전극110: process chamber 115: chamber lead
120: substrate supporting part 130:
130a: first
130c: third
140: plasma power supply unit 210: ground electrode frame
230: gas hole pattern member 250: plasma electrode
Claims (23)
복수의 기판을 지지하도록 상기 공정 챔버에 설치되어 소정 방향으로 회전하는 기판 지지부;
상기 기판 지지부에 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및
상기 챔버 리드에 일정한 간격으로 삽입 설치되어 기판 상에 서로 상이한 제 1 및 제 2 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 모듈을 가지는 가스 분사부를 포함하고,
상기 복수의 가스 분사 모듈은,
상기 제 1 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 공간; 및
상기 제 2 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 공간을 포함하며,
상기 제 1 가스 분사 공간은 가스 홀 패턴 부재 없이 개구되어 제 1 가스를 분사하고,
상기 제 2 가스 분사 공간은 가스 홀 패턴 부재를 통하여 제 2 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.A process chamber;
A substrate support installed in the process chamber to support a plurality of substrates and rotated in a predetermined direction;
A chamber lid that covers the top of the process chamber to face the substrate support; And
And a plurality of gas injection modules inserted into the chamber lid at regular intervals to inject first and second gases different from each other on the substrate,
Wherein the plurality of gas injection modules comprise:
A first gas injection space for injecting the first gas; And
And a second gas injection space for injecting the second gas,
Wherein the first gas injection space is opened without a gas hole pattern member to inject the first gas,
And the second gas injection space injects the second gas through the gas hole pattern member.
상기 복수의 가스 분사 모듈은 상기 제 1 가스 분사 공간에 공급되는 상기 제 1 가스를 활성화시켜 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of gas injection modules activate and discharge the first gas supplied to the first gas injection space.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은,
공간적으로 분리된 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간을 가지는 접지 전극 프레임; 및
상기 접지 전극 프레임과 전기적으로 절연되도록 상기 제 1 가스 분사 공간에 삽입 설치되어 상기 제 1 가스 분사 공간에 플라즈마를 발생시켜 상기 제 1 가스를 활성화시키는 플라즈마 전극을 포함하고,
상기 가스 홀 패턴 부재는 상기 제 2 가스 분사 공간의 하면을 덮도록 상기 접지 전극 프레임에 설치되거나 일체화되어 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급되는 상기 제 2 가스를 상기 제 1 가스의 분사 압력보다 높은 압력으로 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.3. The method of claim 2,
Wherein each of the plurality of gas injection modules includes:
A ground electrode frame having the first and second gas injection spaces spatially separated; And
And a plasma electrode inserted in the first gas injection space to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate plasma in the first gas injection space to activate the first gas,
Wherein the gas hole pattern member is installed or integrated with the ground electrode frame so as to cover the lower surface of the second gas injection space to pressurize the second gas supplied to the second gas injection space with a pressure higher than the injection pressure of the first gas To the substrate processing apparatus.
플라즈마를 이용하여 상기 제 2 가스를 활성화시켜 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급하는 가스 활성화 공급 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 3,
Further comprising gas activation supply means for activating said second gas using plasma to supply said second gas to said second gas injection space.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급되는 상기 제 2 가스를 활성화시켜 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.3. The method of claim 2,
Wherein each of the plurality of gas injection modules activates and injects the second gas supplied to the second gas injection space.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은,
공간적으로 분리된 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간을 가지는 접지 전극 프레임;
상기 접지 전극 프레임과 전기적으로 절연되도록 상기 제 1 가스 분사 공간에 삽입 설치되어 상기 제 1 가스 분사 공간에 플라즈마를 발생시켜 상기 제 1 가스를 활성화시키는 제 1 플라즈마 전극; 및
상기 접지 전극 프레임과 전기적으로 절연되도록 상기 제 2 가스 분사 공간에 삽입 설치되어 상기 제 2 가스 분사 공간에 플라즈마를 발생시켜 상기 제 2 가스를 활성화시키는 제 2 플라즈마 전극을 포함하고,
상기 가스 홀 패턴 부재는 상기 제 2 가스 분사 공간의 하면을 덮도록 상기 접지 전극 프레임에 설치되거나 일체화되어 상기 활성화된 제 2 가스를 상기 제 1 가스의 분사 압력보다 높은 압력으로 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.6. The method of claim 5,
Wherein each of the plurality of gas injection modules includes:
A ground electrode frame having the first and second gas injection spaces spatially separated;
A first plasma electrode inserted in the first gas injection space to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate plasma in the first gas injection space to activate the first gas; And
And a second plasma electrode inserted in the second gas injection space to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate plasma in the second gas injection space to activate the second gas,
Wherein the gas hole pattern member is installed or integrated with the ground electrode frame so as to cover the lower surface of the second gas injection space to inject the activated second gas at a pressure higher than the injection pressure of the first gas / RTI >
상기 제 2 가스는 상기 기판에 형성될 박막 물질을 포함하는 소스 가스이고,
상기 제 1 가스는 상기 기판에 분사된 제 2 가스와 반응하여 상기 기판에 박막을 형성하기 위한 반응 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the second gas is a source gas comprising a thin film material to be formed on the substrate,
Wherein the first gas is a reactive gas for forming a thin film on the substrate by reacting with the second gas sprayed on the substrate.
상기 제 2 가스는 퍼지 가스 및 도펀트 가스 중 적어도 한 종류의 가스를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the second gas further comprises at least one gas of a purge gas and a dopant gas.
상기 제 2 가스의 분사량은 상기 제 1 가스의 분사량보다 적은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.13. The method of claim 12,
Wherein an injection amount of the second gas is smaller than an injection amount of the first gas.
상기 가스 홀 패턴 부재는 극성이 없는 절연판으로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the gas hole pattern member is formed of an insulating plate having no polarity.
상기 가스 홀 패턴 부재는 가스 홀 패턴의 직경에 의해 상기 제 2 가스의 분사량을 조절하는 가스 분사구를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the gas hole pattern member has a gas injection hole for adjusting the injection amount of the second gas by the diameter of the gas hole pattern.
상기 복수의 기판이 안착된 기판 지지부를 회전시키는 단계; 및
상기 기판 지지부의 상부에 일정한 간격으로 배치된 복수의 가스 분사 모듈 각각에 공간적으로 분리되어 마련된 제 1 및 제 2 가스 분사 공간 각각을 통해 서로 상이한 제 1 및 제 2 가스를 기판 상에 분사하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 가스 분사 공간은 가스 홀 패턴 부재 없이 개구되어 상기 제 1 가스를 분사하고, 상기 제 2 가스 분사 공간은 가스 홀 패턴 부재를 통하여 상기 제 2 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.Placing a plurality of substrates at regular intervals on a substrate support disposed in a process chamber;
Rotating the substrate support on which the plurality of substrates are mounted; And
And spraying the first and second gases on the substrate through the first and second gas injection spaces spatially separated from the plurality of gas injection modules arranged at regular intervals above the substrate support, Including,
Wherein the first gas injection space is open without a gas hole pattern member and injects the first gas, and the second gas injection space injects the second gas through the gas hole pattern member.
상기 제 1 가스는 상기 제 1 가스 분사 공간에 발생되는 플라즈마에 의해 활성화되어 기판 상에 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the first gas is activated by a plasma generated in the first gas injection space and is sprayed onto the substrate.
상기 제 1 및 제 2 가스를 기판 상에 분사하는 단계는 플라즈마를 이용하여 상기 제 2 가스를 활성화시키고, 활성화된 제 2 가스를 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the step of injecting the first and second gases onto the substrate includes activating the second gas using a plasma and supplying the activated second gas to the second gas injection space Lt; / RTI >
상기 제 2 가스는 상기 제 2 가스 분사 공간에 발생되는 플라즈마에 의해 활성화되어 기판 상에 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the second gas is activated by the plasma generated in the second gas injection space and is sprayed onto the substrate.
상기 제 2 가스는 상기 기판에 형성될 박막 물질을 포함하는 소스 가스이고,
상기 제 1 가스는 상기 기판에 분사된 제 2 가스와 반응하여 상기 기판에 박막을 형성하기 위한 반응 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.20. The method according to any one of claims 16 to 19,
Wherein the second gas is a source gas comprising a thin film material to be formed on the substrate,
Wherein the first gas is a reactive gas for reacting with the second gas sprayed on the substrate to form a thin film on the substrate.
상기 제 2 가스는 퍼지 가스 및 도펀트 가스 중 적어도 한 종류의 가스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.23. The method of claim 22,
Wherein the second gas comprises at least one kind of gas of a purge gas and a dopant gas.
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