KR101399894B1 - 인젝터 모듈 및 이를 사용하는 플라즈마 반응 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인젝터 모듈 및 플라즈마 반응 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인젝터 모듈은 플라즈마 반응 챔버에 설치되는 인젝터 본체와; 상기 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 상기 인젝터 본체에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 내부로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 채널과; 상기 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 상기 인젝터 본체에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 외부로 가스를 배기시키는 가스 배기 채널과; 상기 가스 분사 채널을 사이에 두고 상기 가스 배기 채널의 반대측에 상기 인젝터 본체와 상기 플라즈마 반응 챔버 중 적어도 어느 일측의 내측 표면이 함몰되어 형성되어 상기 가스 분사 채널로부터 분사되는 상기 공정 가스가 상기 가스 배기 채널 반대측으로 유동하는 것을 저지하는 적어도 하나의 트렌치부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 플라즈마 반응 챔버 내부로 유입되는 공정 가스가 트렌치부에 의해 원하지 않는 곳으로 유동하는 것이 저지되어, 균일한 박막 형성과 공정 가스의 불필요한 소모를 줄일 수 있는 인젝터 모듈 및 이를 사용하는 플라즈마 반응 장치가 제공된다.

Description

인젝터 모듈 및 이를 사용하는 플라즈마 반응 장치{INJECTOR MODULE AND PLASMA REACTING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 인젝터 모듈 및 이를 사용하는 플라즈마 반응 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 반응 챔버 내부로 유입되는 공정 가스가 원하지 않는 곳으로 유동하는 것을 저지하여 균일한 박막 형성과 공정 가스의 불필요한 소모를 줄일 수 있는 인젝터 모듈 및 이를 사용하는 플라즈마 반응 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 집적회로장치, 액정표시장치, 태양전지 등과 같은 장치를 제고하기 위한 반도체 제조 공정 중에서, 피처리체인 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PECVD) 장치와 같은 플라즈마 반응 장치에 의해 진행된다. 근래에는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition : ALD) 방식이 적용된 플라즈마 반응 장치도 제안되고 있다.

플라즈마 반응 장치는 진공의 밀폐 공간을 형성하는 반응 챔버, 반응 챔버의 내부에서 기판을 지지하는 기판 지지부, 기판 지지부의 상부에 위치하여 기판을 향해 공정 가스를 분사하는 인젝터, 가스를 배출하는 가스 배출부 등을 포함한다.

여기서, 기존의 플라즈마 반응 장치에서는 플라즈마의 발생을 위해 대면적의 평판 전극, 예를 들어 기판 지지체나 샤워 헤드 등을 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 전극으로 사용하였다. 그런데, 대면적의 평판 전극을 사용하는 경우 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위하여 주파수를 증가시켜야 하는데, 이 때 주파수의 증가에 따라 전극에서 급격한 전력 손실이 발생하는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 공정 가스를 분사하는 인젝터 구조와, 플라즈마 전극의 구조를 변경한 다양한 기술들이 제안되고 있으며, 한국공개특허 제2011-0056528호에서는 전구체 가스의 사용을 개선할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 한국공개특허 문헌에 개시된 원자층 장착 장치에 따른 전구체 분사 헤드(10)는 전구체 공급부(12), 전구체 드레인들(30), 및 증착 공간(14)을 포함하며, 두개의 베어링-가스 공급부들(57)로부터 분사되는 베어링 가스는 외부 환경(24)으로 흐르거나 전구체 드레인(30)을 향해 흐르게 된다.

그런데, 인젝터의 구조에 있어 가스가 분사되는 곳으로부터 배기 채널(상기 한국공개특허의 전구체 드레인(30))의 반대측 방향(상기 한국공개특허의 외부 환경(24))으로 가스가 흐르는 경우에는 원하지 않는 가스의 기류가 형성되어 불필요한 가스의 소모를 야기할 뿐 만 아니라 균일한 박막 형성에도 영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 플라즈마 반응 챔버 내부로 유입되는 공정 가스가 원하지 않는 곳으로 유동하는 것을 저지하여 균일한 박막 형성과 공정 가스의 불필요한 소모를 줄일 수 있는 인젝터 모듈 및 이를 사용하는 플라즈마 반응 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 플라즈마 반응 챔버에 적용되는 인젝터 모듈에 있어서, 상기 플라즈마 반응 챔버에 설치되는 인젝터 본체와; 상기 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 상기 인젝터 본체에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 내부로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 채널과; 상기 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 상기 인젝터 본체에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 외부로 가스를 배기시키는 가스 배기 채널과; 상기 가스 분사 채널을 사이에 두고 상기 가스 배기 채널의 반대측에 상기 인젝터 본체와 상기 플라즈마 반응 챔버 중 적어도 어느 일측의 내측 표면이 함몰되어 형성되어 상기 가스 분사 채널로부터 분사되는 상기 공정 가스가 상기 가스 배기 채널 반대측으로 유동하는 것을 저지하는 적어도 하나의 트렌치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 모듈에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 가스 분사 채널은 상기 인젝터 본체의 내부에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 외부와 연통되는 내측 가스 채널과, 상기 내측 가스 채널과 연통되어 외부로부터 공급되는 상기 공정 가스가 상기 플라즈마 반응 챔버 내부로 분사되도록 상기 인젝터 본체의 내측 표면에 제1 방향을 따라 형성된 가스 분사 슬릿을 포함하며; 상기 트렌치부는 상기 가스 분사 슬릿과 대향하게 상기 제1 방향을 따라 상기 인젝터 본체와 상기 플라즈마 반응 챔버 중 적어도 어느 일측에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 트렌치부는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되는 복수 개로 마련될 수 있다.

그리고, 상기 가스 분사 채널은 상기 인젝터 본체의 표면에서 상기 가스 배기 채널을 사이에 두고 양측에서 상기 공정 가스를 각각 분사하는 제1 가스 분사 채널과 제2 가스 분사 채널을 포함하며; 상기 트렌치부는 상기 제1 가스 분사 채널로부터 분사되는 상기 공정 가스가 상기 가스 배기 채널 반대측으로 유동하는 것을 저지하는 적어도 하나의 제1 트렌치부와, 상기 제2 가스 분사 채널로부터 분사되는 상기 공정 가스가 상기 가스 배기 채널 반대측으로 유동하는 것을 저지하는 적어도 하나의 제2 트렌치부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 트렌치부 및 상기 제2 트렌치부는 상기 인젝터 본체의 표면에서 상기 제1 가스 분사 채널, 상기 제2 가스 분사 채널 및 상기 가스 배기 채널이 형성된 영역을 감싸도록 상호 연결될 수 있다.

그리고, 상기 트렌치부의 단면은 상기 공정 가스가 유입되는 측이 라운드 형상을 가지며, 상기 공정 가스가 유출되는 측이 상기 가스 배기 채널 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 상기의 인젝터 모듈이 적용된 플라즈마 반응 챔버에 의해서도 달성된다.

상기 구성에 의해 본 발명에 따르면, 플라즈마 반응 챔버 내부로 유입되는 공정 가스가 트렌치부에 의해 원하지 않는 곳으로 유동하는 것이 저지되어, 균일한 박막 형성과 공정 가스의 불필요한 소모를 줄일 수 있는 인젝터 모듈 및 이를 사용하는 플라즈마 반응 장치가 제공된다.

도 1은 한국공개특허 제2011-0056528호에 개시된 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 인젝터 모듈의 사시도이고,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이고,
도 4는 도 2의 인젝터 모듈의 내부 표면을 도시한 도면이고,
도 5는 도 3의 A 영역을 확대한 도면이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트렌치부를 설명하기 위한 도면이고,
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 트렌치부를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 인젝터 모듈(100)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 인젝터 모듈(100)의 내부 표면을 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 인젝터 모듈(100)은 인젝터 본체(10), 가스 분사 채널(30,40), 가스 배기 채널(50) 및 트렌치부(70)를 포함한다.

인젝터 본체(10)는 본 발명에 따른 플라즈마 반응 장치의 플라즈마 반응 챔버에 설치된다. 여기서, 본 발명에서는 인젝터 본체(10)가, 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응 챔버를 구성하는 챔버 리드(300)에 설치되는 것을 예로 한다. 여기서, 인젝터 본체(10)에는 챔버 리드(300)의 개구에 안착되는 플랜지부(11)가 형성되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버 리드(300)의 개구 영역에 플랜지부(11)가 안착되어 개구를 개폐하는 것을 예로 한다.

가스 분사 채널(30,40)은 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 인젝터 본체(10)에 형성된다. 도 3에서는 4개의 가스 분사 채널(30,40)이 인젝터 본체(10)에 형성되는 것을 예로 한다. 여기서, 각각의 가스 분사 채널(30,40)은 내측 가스 채널(31,41)과, 가스 분사 슬릿(32,42)을 포함하는 것을 예로 한다.

도 3을 참조하여 설명하면, 내측 가스 채널(31,41)은 인젝터 본체(10)의 내부에 형성되어 플라즈마 반응 챔버의 외부와 연통된다. 여기서, 내측 가스 채널(31,41)은 인젝터 본체(10)의 상부에 마련된 가스 공급 포트(30a)를 통해 외부로부터의 공정 가스를 공급받는다.

가스 분사 슬릿(32,42)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 인젝터 본체(10)의 내측 표면에 제1 방향(D1)을 따라 형성된다. 그리고, 가스 분사 슬릿(32,42)은 내측 가스 채널(31,41)과 연통되어 외부로부터 공급되는 공정 가스를 플라즈마 반응 챔버 내부로 분사한다. 본 발명에서는 가스 분사 슬릿(32,42)이, 도 3에 도시된 바와 같이, 내측 가스 채널(31,41)의 내경보다 작게 형성되어 내측 가스 채널(31,41)을 통해 공급되는 공정 가스가 내경이 작은 가스 분사 슬릿(32,42)을 통해 보다 강한 압력으로 분사될 수 있다.

한편, 가스 배기 채널(50)은 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 인젝터 본체(10)에 형성된다. 여기서, 가스 배기 채널(50)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 분사 채널(30,40)에 인접하게 배치된 상태로 플라즈마 반응 챔버 외부로 가스를 배기시킨다. 본 발명에서는 가스 배기 채널(50)이 인젝터 본체(10)의 가스 배기 포트(50a)(도 2 참조)와 연결되어 플라즈마 반응 챔버의 내부 가스를 외부로 배기시키는 것을 예로 한다.

트렌치부(70)는 가스 분사 채널(30,40)을 사이에 두고 가스 배기 채널(50)의 반대측의 인젝터 본체(10)의 내측 표면에 함몰되어 형성된다. 그리고, 트렌치부(70)는 가스 분사 채널(30,40)로부터 분사되는 공정 가스가 가스 배기 채널(50) 반대측으로 유동하는 것을 저지한다. 여기서, 트렌치부(70)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 분사 슬릿(32,42)과 대향하게 제1 방향(D1)을 따라 인젝터 본체(10)의 표면에 형성되는 것을 예로 한다.

상기와 같은 구성에 따라, 가스 분사 채널(30,40)로부터 분사되는 공정 가스는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 상부 방향으로 분사되어 일부가 가스 배기 채널(50) 측으로 유동하고, 또 일부는 가스 배기 채널(50)의 반대측으로 유동하게 된다.

이 때, 가스 배기 채널(50)의 반대측으로 유동하던 공정 가스는 트렌치부(70) 내부로 유입되는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 트렌치부(70)의 내부로 유입되는 공정 가스는 트렌치부(70)의 내부 공간에서 와류 현상을 일으키게 되고, 일부 공정 가스는 와류 현상에 의해 가스 배기 채널(50) 방향으로 유동함으로써, 가스 분사 채널(30,40)로부터 분사되어 유동하는 공정 가스와 충돌하게 된다.

이에 따라, 트렌치부(70)와 기판(W) 사이의 공간에 형성되는 가스의 충돌 영역(IA)에 의해 가스 분사 채널(30,40)로부터 분사되어 가스 배기 채널(50) 반대측으로 유동하는 공정 가스의 흐름이 저지될 수 있다.

본 발명에서는, 트렌치부(70)가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 이격된 상태로 한 쌍으로 형성되는 것을 예로 하고 있으며, 그 개수는 3 이상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 도 3 및 도 5에 도시된 실시예에서는 트렌치부(70)의 단면이 사각 형상을 갖는 것을 예로 하고 있다. 이외에도, 도 6에 도시된 바와 같이, 트렌치부(70a)의 단면이 공정 가스가 유입되는 측이 라운드 형상을 가지고, 공정 가스가 유출되는 측이 가스 배기 채널(50) 방향으로 돌출된 형상(71a)을 갖도록 마련될 수 있다.

이에 따라, 가스 분사 채널(30,40)로부터 분사되어 가스 배기 채널(50)의 반대측으로 유동하는 공정 가스가 트렌치부(70a)에 쉽게 유입되고, 트렌치부(70a)에서 유출되는 공정 가스가 가스 배기 채널(50) 방향으로 유동하게 함으로써, 가스 배기 채널(50) 반대측으로 유동하는 공정 가스의 유동을 보다 효율적으로 저지할 수 있게 된다.

한편, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서는, 가스 분사 채널(30,40)이 인젝터 본체(10)의 표면에서 가스 배기 채널(50)을 사이에 두고 양측에 형성되는 것을 예로 하고 있다. 즉, 한 쌍의 가스 분사 채널(30,40)(이하, '제1 가스 분사 채널(30)' 및 '제2 가스 분사 채널(40)'이라 함)이 하나의 가스 배기 채널(50)을 사이에 두고 제2 방향(D2)으로 양측에 위치한다.

그리고, 상기와 같은 구조가 한 쌍으로 마련되는 것을 예로 하고 있다. 즉, 인젝터 본체(10)의 내부 표면에, 제1 방향(D1)으로 제1 가스 분사 채널(30), 가스 배기 채널(50), 제2 가스 분사 채널(40), 제2 가스 분사 채널(40), 가스 배기 채널(50), 제1 가스 분사 채널(30)이 형성된다.

이 때, 트렌치부(70)가 양측 최외곽에 위치하는 제1 가스 분사 채널(30)로부터 분사되는 공정 가스가 가스 배기 채널(50) 반대측으로 유동하는 것을 저지하도록 형성되는 것을 예로 하고 있다.

이외에도, 도 7에 도시된 바와 같이, 가스 배기 채널(50)을 사이에 두고 제1 가스 분사 채널(30)의 반대측에 위치하는 제2 가스 분사 채널(40)로부터 분사되는 공정 가스가 가스 배기 채널(50) 반대측으로 유동하는 것을 저지하는 제2 트렌치부(70b)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 트렌치부(70b)가 제1 가스 분사 채널(30)로부터 분사되어 가스 배기 채널(50) 반대측으로 유동하는 공정 가스의 유동을 저지하고, 제2 트렌치부(71b)가 제2 가스 분사 채널(40)로부터 분사되어 가스 배기 채널(50) 반대측으로 유동하는 공정 가스의 유동을 저지하게 된다.

도 7에 도시된 실시예에서는 제1 트렌치부(70b) 및 제2 트렌치부(71b)가 제2 방향(D2)으로 한 쌍씩이 형성되는 것을 예로 하고 있으며, 인젝터 본체(10)의 표면에서 제1 가스 분사 채널(30), 제2 가스 분사 채널(40) 및 가스 배기 채널(50)이 형성된 영역 전체를 감싸도록 제1 트렌치부(70b)와 제2 트렌치부(71b)가 상호 연결되어 형성되는 것을 예로 하고 있다.

전술한 실시예에서는 트렌치부(70,70a), 제1 트렌치부(70b), 제2 트렌치부(71b)가 인젝터 본체(10)의 내부 표면에 형성되는 것을 예로 하고 있다. 이외에도, 트렌치부(70c)는 도 8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응 챔버의 내부 표면에 형성될 수도 있다. 도 8에서는 트렌치부(70,70c)가 인젝터 본체(10)의 내부 표면과, 플라즈마 반응 챔버의 챔버 리드(300)에 모두 형성되는 것을 예로 하고 있으나, 챔버 리드(300)의 내부 표면에만 형성될 수 있다. 이 때, 트렌치부(70,70c)의 형성 위치는 가스 분사 채널(30,40)과 가스 배기 채널(50)의 위치나, 최외각의 가스 분사 채널(30,40)로부터 인젝터 본체(10)의 내부 표면의 가장자리까지의 거리 등을 고려하여 다양한 형태로 설계 가능함은 물론이다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

100 : 인젝터 모듈 300 : 챔버 리드
10 : 인젝터 본체 11 : 플랜지부
30,40 : 가스 분사 채널 31,41 : 내측 분사 채널
32,42 : 가스 분사 슬릿 50 : 가스 배기 채널
70,70a,70b,70c : 트렌치부

Claims (7)

1. 플라즈마 반응 챔버에 적용되는 인젝터 모듈에 있어서,
   상기 플라즈마 반응 챔버에 설치되는 인젝터 본체와;
   상기 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 상기 인젝터 본체에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 내부로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 채널과;
   상기 플라즈마 반응 챔버의 내부 및 외부가 연통되도록 상기 인젝터 본체에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 외부로 가스를 배기시키는 가스 배기 채널과;
   상기 가스 분사 채널을 사이에 두고 상기 가스 배기 채널의 반대측에 상기 인젝터 본체와 상기 플라즈마 반응 챔버 중 적어도 어느 일측의 내측 표면이 함몰되어 형성된 트렌치부를 포함하며,
   상기 가스 분사 채널로부터 분사되는 상기 공정 가스가 상기 가스 배기 채널 반대측 방향으로 유동할 때 상기 트렌치부의 내부 공간으로 유입되고, 상기 내부 공간에 유입된 상기 공정 가스의 와류 현상에 의해 상기 공정 가스의 상기 가스 배기 채널 반대측 방향으로의 유동이 상기 트렌치부에서 저지되는 것을 특징으로 하는 인젝터 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스 분사 채널은
   상기 인젝터 본체의 내부에 형성되어 상기 플라즈마 반응 챔버 외부와 연통되는 내측 가스 채널과,
   상기 내측 가스 채널과 연통되어 외부로부터 공급되는 상기 공정 가스가 상기 플라즈마 반응 챔버 내부로 분사되도록 상기 인젝터 본체의 내측 표면에 제1 방향을 따라 형성된 가스 분사 슬릿을 포함하며;
   상기 트렌치부는 상기 가스 분사 슬릿과 대향하게 상기 제1 방향을 따라 상기 인젝터 본체와 상기 플라즈마 반응 챔버 중 적어도 어느 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 인젝터 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 트렌치부는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격되는 복수 개로 마련되는 것을 특징으로 하는 인젝터 모듈.
4. 제2항에 있어서,
   상기 가스 분사 채널은 상기 인젝터 본체의 표면에서 상기 가스 배기 채널을 사이에 두고 양측에서 상기 공정 가스를 각각 분사하는 제1 가스 분사 채널과 제2 가스 분사 채널을 포함하며;
   상기 트렌치부는
   상기 제1 가스 분사 채널로부터 분사되는 상기 공정 가스가 상기 가스 배기 채널 반대측으로 유동하는 것을 저지하는 적어도 하나의 제1 트렌치부와,
   상기 제2 가스 분사 채널로부터 분사되는 상기 공정 가스가 상기 가스 배기 채널 반대측으로 유동하는 것을 저지하는 적어도 하나의 제2 트렌치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 트렌치부 및 상기 제2 트렌치부는 상기 인젝터 본체의 표면에서 상기 제1 가스 분사 채널, 상기 제2 가스 분사 채널 및 상기 가스 배기 채널이 형성된 영역을 감싸도록 상호 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인젝터 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 트렌치부의 단면은 상기 공정 가스가 유입되는 측이 라운드 형상을 가지며, 상기 공정 가스가 유출되는 측이 상기 가스 배기 채널 방향으로 돌출된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 인젝터 모듈.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 인젝터 모듈이 적용된 플라즈마 반응 챔버.

Images