KR101420709B1 - 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반응 공간이 마련되며, 하부 중심부에 배기구가 형성된 챔버와, 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부와, 기판 지지부와 대향되어 마련되며 공정 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부와, 배기구와 연결되고 챔버 하측에 마련되어 챔버 내부를 배기하기 위한 배기부를 포함하고, 기판 지지부는 기판을 지지하는 기판 지지대와, 배기구를 사이에 두고 기판 지지대를 외측에서 지지하는 복수의 지지봉을 포함하는 기판 처리 장치가 제시된다.
Description
본 발명은 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로,특히 내부의 가스 흐름을 균일하게 할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 표시 장치, 발광 다이오드 또는 박막 태양 전지 등을 제조하기 위해서는 반도체 공정을 이용한다. 즉, 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출시키는 포토 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각 공정 등을 복수 회 반복 실시하여 소정의 적층 구조를 형성하게 된다.
박막 증착 공정으로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Phase Deposition: CVD) 방법을 이용할 수 있다. CVD 방법은 챔버 내로 공급된 원료 가스가 기판의 상부 표면에서 화학 반응을 일으켜 박막을 성장시킨다. 또한, 박막의 막질을 향상시키기 위해 플라즈마를 이용하는 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용할 수도 있다. 일반적인 PECVD 장치는 내부에 소정 공간이 마련된 챔버와, 챔버 내부의 상측에 마련된 샤워헤드와, 챔버 내부의 하측에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지대와, 챔버 내부 또는 외부에 마련된 전극 또는 안테나 등의 플라즈마 발생원을 포함한다. 또한, 기판 지지대의 하측 중앙부에는 기판 지지대를 지지하는 하나의 지지봉이 챔버 하측의 중앙부를 관통하여 형성된다.
이러한 PECVD 장치를 이용하여 박막을 증착하기 위해 가장 중요한 것은 안정적이고 균일한 플라즈마 발생원과 챔버 내부의 균일한 가스 흐름이라 할 수 있다. 그런데, 챔버 내부를 배기하기 위한 배기 경로(pumping path)의 불균형으로 인하여 챔버 내부의 가스 흐름이 불균일하게 되고, 그에 따라 박막의 증착 균일성이 떨어지고 파티클이 발생하는 등 공정상 많은 문제점이 발생하고 있다. 예를 들어, 챔버 하측 중앙부에 지지봉이 마련되기 때문에 배기구가 챔버 하부의 외측에 형성되어야 하고, 그에 따라 배기구가 형성된 영역과 그 이외의 영역의 배기 시간이 달라지게 된다. 따라서, 기판 상의 가스가 머무는 시간이 달라져 박막의 증착 균일성이 저하된다. 특히, 20mTorr 이하의 저압 공정을 이용하는 경우 챔버 내에 유입되는 원료도 적어 가스를 이용하여 증착 균일성을 개선하는데 한계가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 여러가지 방법을 시도하고 있는데, 가장 대표적인 방법이 매니폴드(manifold)를 장착하는 방법과 챔버의 측면에 적어도 하나 이상의 배기구를 형성하는 방법이 있다. 그런데, 챔버 하부의 중앙부에 지지봉이 마련되기 때문에 배기 장치를 챔버 측면에 장착하고 있다. 또한, 저압 공정을 진행하기 위해 터보 펌프를 장착하는 경우에도 지지봉이 챔버 하측의 중앙부에 마련되어 있기 때문에 터보 펌프를 챔버 측면에 마련해야 한다. 이렇게 배기 장치가 챔버의 측면에 마련되면 챔버 내부의 압력을 균일하게 하는데 한계가 있다. 또한, 챔버 내부에 여러 부품을 삽입하는 경우 플라즈마의 균일성에 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 챔버 내부의 가스 흐름을 균일하게 할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 배기구 및 배기 장치를 챔버 하측의 중앙부에 마련하고, 배기구 및 배기 장치와 간섭되지 않도록 기판 지지대의 외측에 지지봉을 형성함으로써 챔버 내부의 가스 흐름을 균일하게 할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예들에 따른 기판 지지 장치는 기판을 지지하는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대 하부에서 상기 기판 지지대의 가장자리를 지지하는 복수의 지지봉을 포함한다.
상기 기판 지지대의 가장자리로부터 외측으로 돌출된 복수의 돌출부를 더 포함하고, 상기 복수의 지지봉은 상기 돌출부 하부를 각각 지지한다.
상기 기판 지지대는 상기 기판의 후면이 접촉되고, 제 1 온도를 유지하여 상기 기판을 가열하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 외측에 마련되어 상기 제 1 온도보다 높거나 낮은 제 2 온도를 유지하는 제 2 영역을 포함한다.
상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역보다 높거나 낮게 마련된다.
본 발명의 다른 실시 예들에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간이 마련되며, 하부 중심부에 배기구가 형성된 챔버; 상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부와 대향되어 마련되며 공정 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 및 상기 배기구와 연결되고 상기 챔버 하측에 마련되어 상기 챔버 내부를 배기하기 위한 배기부를 포함하고, 상기 기판 지지부는 상기 기판을 지지하는 기판 지지대와, 상기 배기구를 사이에 두고 상기 기판 지지대를 외측에서 지지하는 복수의 지지봉을 포함한다.
상기 기판 지지대의 가장자리로부터 외측으로 돌출된 복수의 돌출부를 더 포함하고, 상기 복수의 지지봉은 상기 돌출부 하부를 각각 지지한다.
상기 기판 지지대는 상기 기판의 후면이 접촉되고, 제 1 온도를 유지하여 상기 기판을 가열하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 외측에 마련되어 상기 제 1 온도보다 높거나 낮은 제 2 온도를 유지하는 제 2 영역을 포함한다.
상기 플라즈마 발생부는, 상기 공정 가스를 분사하는 샤워헤드; 상기 샤워헤드에 고주파 전원을 인가하기 위한 전원부; 및 상기 샤워헤드와 소정 간격 이격되어 마련되며, 복수의 관통홀이 형성된 접지 플레이트를 포함한다.
상기 플라즈마 발생부는 상기 공정 가스를 분사하는 샤워헤드; 상기 샤워헤드와 이격된 전극; 및 상기 전극에 고주파 전원을 인가하기 위한 전원부를 포함한다.
상기 플라즈마 발생부는 상기 공정 가스를 분사하는 샤워헤드; 상기 챔버 외부의 상부 또는 측부에 마련된 안테나; 및 상기 안테나에 고주파 전원을 인가하는 전원부를 포함한다.
상기 플라즈마 발생부와 상기 기판 지지부 사이에 마련되고 복수의 홀이 형성되어 상기 공정 가스의 플라즈마의 일부를 차단하는 필터부를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 기판 지지 장치는 기판을 지지하는 기판 지지대의 외측을 지지하도록 복수의 지지봉이 마련된다. 또한, 기판 처리 장치는 챔버의 하측 중심부에 배기 장치를 포함한 배기부가 마련되고, 배기부 외측으로 상기 기판 지지 장치가 마련된다.
따라서, 배기부가 챔버 하측의 중앙부에 마련됨으로써 챔버 측부에 마련되는 종래의 경우에 비해 챔버 내부의 가스 흐름을 균일하게 할 수 있고, 그에 따라 기판 상에 박막의 증착 균일성을 향상시킬 수 있고, 파티클 생성을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 부분 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 종단면 및 횡단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 부분 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 종단면 및 횡단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 사시도이고, 도 2는 기판 지지 장치의 평면도이며, 도 3은 기판 지지 장치의 일부 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치는 기판이 안착되는 기판 지지대(110)와, 기판 지지대(110)의 외측에 마련되는 복수의 돌출부(120)와, 복수의 돌출부(120) 각각의 하측에 마련되어 돌출부(120)를 지지하는 복수의 지지봉(130)을 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치는 복수의 지지봉(130)이 기판 지지대(110)를 기판 지지대(110)의 하측 가장자리에서 지지한다.
기판 지지대(110)는 기판을 지지한다. 기판 지지대(110)는 예를 들어 정전척이 마련되어 기판이 정전력에 의해 흡착 유지될 수 있다. 그러나, 기판 지지대(110)는 정전력 이외에 진공 흡착이나 기계적 힘에 의해 기판을 유지할 수도 있다. 이러한 기판 지지대(110)는 기판의 형상을 따라 예를 들어 원형으로 마련될 수 있다. 그러나, 기판이 직사각형의 형상을 갖는 경우 기판 지지대(110)는 직사각형으로 마련될 수도 있다. 또한, 기판 지지대(110) 내부에는 히터(미도시)가 장착될 수 있다. 히터는 소정 온도로 발열하여 기판을 가열함으로써 박막 증착 공정 등이 기판 상에 용이하게 실시되도록 한다. 히터는 할로겐 램프를 이용할 수 있으며, 기판 지지대(110)를 중심으로 기판 지지대(110)의 둘레 방향에 설치될 수 있다. 이때, 발생되는 에너지는 복사 에너지로 기판 지지대(110)를 가열하여 기판의 온도를 상승시키게 된다. 한편, 기판 지지대(110) 내부에는 히터 이외에 냉각관(미도시)이 더 마련될 수 있다. 냉각관은 기판 지지대(110) 내부에 냉매가 순환되도록 함으로써 냉열이 기판 지지대(110)를 통해 기판에 전달되어 기판의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다. 이렇게 기판 지지대(110) 내부에 마련되는 히터에 의해 기판이 가열될 수 있으며, 히터의 장착 개수를 조절하여 50℃∼800℃로 가열할 수 있다. 이러한 기판 지지대(110)는 온도에 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 즉, 기판이 안착되어 기판을 공정 온도로 상승시키는 제 1 영역(110a)과, 제 1 영역(110a) 외측에 마련되어 기판 가장자리의 온도를 보상하는 제 2 영역(110b)을 포함할 수 있다. 제 1 영역(110a)은 기판이 안착되어 기판이 가열될 수 있도록 기판보다 크거나 같은 면적으로 마련될 수 있다. 그런데, 히터는 예를 들어 제 1 영역(110a)의 중심으로부터 기판 지지대(110)의 둘러 방향으로 배치되어 기판의 가장자리는 다른 영역보다 온도가 낮을 수 있다. 물론, 히터의 배치 형상에 따라 기판의 가장자리의 온도가 다른 영역보다 높을 수도 있다. 따라서, 기판의 중심을 기준으로 가장자리의 온도를 보상하기 위해 제 1 영역(110a) 외측에 제 2 영역(110b)을 마련한다. 제 2 영역(110b)은 제 1 영역(110a)의 외측과 접촉되며 기판 지지대(110)의 가장자리와 소정 거리(d) 이격되어 마련될 수 있다. 즉, 제 2 영역(110b)은 제 1 영역(110a)과 기판 지지대(110)의 가장자리 사이에 소정 폭으로 마련될 수 있다. 이러한 제 2 영역(110b)은 제 1 영역(110a)의 중심보다 낮은 온도 또는 높은 온도로 가열될 수 있고, 제 1 영역(110a)의 중심과 동일 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 기판 중심과 가장자리의 증착률을 동일하게 하고, 기판 가장자리의 파티클 발생을 방지할 수 있다. 즉, 기판 가장자리의 온도가 기판 중심보다 높으면 기판 가장자리의 증착률이 중심보다 높을 수 있고, 기판 가장자리의 온도가 중심보다 낮으면 기판 가장자리에 파티클이 생성될 수 있다. 이러한 제 2 영역(110b)은 제 1 영역(110a)과 돌출부(120)를 고려한 형상으로 형성된다. 즉, 제 2 영역(110b)의 내측은 제 1 영역(110a)의 형상을 따라 예를 들어 원형으로 형성되고, 제 2 영역(110b)의 외측은 기판 지지대(110)의 가장자리와 돌출부(120) 사이에 거리(d1)가 동일하도록 형성될 수 있다. 즉, 제 2 영역(110b)은 내측이 원형으로 형성되고 외측이 기판 지지대(110)의 가장자리 및 돌출부(120)의 형상을 따라 형성된다. 또한, 제 2 영역(110b)은 도 3에 도시된 바와 같이 다양한 단면 형상으로 마련될 수 있는데, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 제 2 영역(110b)은 동일 높이를 유지하며 제 1 영역(110a)보다 낮게 마련될 수 있고, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 동일 높이를 유지하며 제 1 영역(110a)보다 높게 마련될 수 있다. 또한, 도 3(c)에 도시된 바와 같이 제 1 영역(110a)보다 낮으며 제 1 영역(110a)과 접하는 영역으로부터 외측으로 두께가 감소하도록 형성될 수도 있고, 도 3(d)에 도시된 바와 같이 제 1 영역(110a)보다 높으며 제 1 영역(110a)과 일부 중첩되도록 형성될 수도 있다. 도 3(a) 및 도 3(c)에 도시된 바와 같이 제 2 영역(110b)의 높이가 제 1 영역(110a)보다 낮으면 제 1 영역(110a)의 면적보다 큰 기판을 수용할 수 있고, 도 3(b) 및 도 3(d)에 도시된 바와 같이 제 2 영역(110b)의 높이가 제 1 영역(110a)보다 낮으면 제 1 영역(110a)의 면적보다 작거나 같은 기판을 수용할 수 있다.
돌출부(120)는 기판 지지대(110)의 가장자리의 소정 영역에 소정 폭으로 돌출되어 형성되며, 적어도 세 개 마련될 수 있다. 이러한 돌출부(120)는 동일 형상 및 간격으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 세 개의 돌출부(120)가 마련되는 경우 기판 지지대(110)의 중심으로부터 120°의 각도를 이루도록 돌출부(120)가 마련될 수 있다. 또한, 돌출부(120)는 기판 지지대(110)의 두께와 동일하게 마련될 수 있다. 그러나, 돌출부(120)의 두께는 기판 지지대(110)보다 얇거나 두꺼울 수도 있다.
지지봉(130)은 돌출부(120) 하측에 마련될 수 있으며, 동일 형상 및 길이를 갖도록 마련될 수 있다. 여기서, 지지봉(130)은 기판 지지대(110)의 일부 영역을 지지할 수도 있다. 즉, 지지봉(130)의 폭보다 넓게 돌출부(120)가 마련되어 지지봉(130)이 돌출부(120) 하측에서 돌출부(120)와 연결될 수도 있고, 돌출부(120)가 지지봉(130)의 폭보다 좁게 형성되어 지지봉(130)이 기판 지지대(110)의 일부를 포함하여 돌출부(120) 하측에 마련될 수 있다. 이들의 경우에도 지지봉(130)이 돌출부(120)의 외측으로 돌출되지 않는 것이 좋다. 지지봉(130)은 돌출부(120)의 하측에서 돌출부(120)를 지지함으로써 기판 지지대(110)를 지지한다. 또한, 지지봉(120)은 승하강하여 기판 지지대(110)를 승하강시킬 수 있다. 이때, 기판 지지대(110)가 수평을 유지하며 승하강할 수 있도록 적어도 세 개의 지지봉(130)은 동일한 속도 및 높이로 승하강해야 한다.
상기 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치는 기판 지지대(110) 외측에 복수의 돌출부(120)가 형성되고, 돌출부(120)의 하측에서 돌출부(120) 각각을 지지하도록 지지봉(130)이 마련되는 경우를 설명하였다. 그러나, 별도의 돌출부(120)가 마련되지 않고 복수의 지지봉(130)이 기판 지지대(110)의 하측 가장자리에서 지판 지지대(110)를 지지할 수도 있다. 즉, 본 발명은 기판 지지대(110)의 중심부를 제외하고 외측에서 복수의 지지봉(130)이 기판 지지대(110)를 지지하는 다양한 경우를 모두 포함할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 기판 지지 장치는 플라즈마를 이용하는 기판 처리 장치에 이용될 수 있는데, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 종단면도 및 횡단면도를 도 4 및 도 5에 각각 도시하였다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간이 마련된 챔버(200)와, 챔버(100) 내의 하부에 마련되어 기판(10)을 지지하는 기판 지지부(100)와, 챔버(100) 내에 마련되어 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부(300)와, 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부(400)와, 챔버(100) 하측에 마련되어 챔버(100)를 배기하기 위한 배기부(500)를 포함할 수 있다.
기판 지지부(100)는 기판(10)이 안착되는 기판 지지대(110)와, 기판 안착대(110)의 외측에 마련되는 돌출부(120)와, 돌출부(120) 하측에 마련되어 돌출부(120)를 지지하는 지지봉(130)을 포함한다. 기판 지지대(110)는 기판을 안착하여 지지하며, 내부에는 소정 온도로 발열하여 기판(10)을 가열하기 위한 히터(미도시)가 장착될 수 있다. 또한, 기판 지지대(110) 내부에는 히터 이외에 냉매가 순환하는 냉각관(미도시)이 더 마련될 수 있으며, 그에 따라 기판(10)의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다. 또한, 기판 지지대(110)는 온도에 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 기판(10)이 안착되어 기판을 공정 온도로 상승시키는 제 1 영역(110a)과, 제 1 영역(110a) 외측에 마련되어 기판 가장자리의 온도를 보상하는 제 2 영역(110b)을 포함할 수 있다. 돌출부(120)는 기판 지지대(110)의 가장자리의 소정 영역에 소정 폭으로 돌출되어 형성되며, 적어도 세 개 마련될 수 있다. 이러한 돌출부(120)는 동일 형상 및 간격으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 세 개의 돌출부(120)가 마련되는 경우 기판 지지대(110)의 중심으로부터 120°의 각도를 이루도록 돌출부(120)가 마련될 수 있다. 지지봉(130)은 돌출부(120) 하측에 마련될 수 있으며, 동일 형상 및 길이를 갖도록 마련될 수 있다. 지지봉(130)은 돌출부(120)의 하측에서 돌출부(120)를 지지함으로써 기판 지지대(110)를 지지한다. 또한, 지지봉(120)은 승하강하여 기판 지지대(110)를 승하강시킬 수 있다. 이때, 기판 지지대(110)가 수평을 유지하며 승하강할 수 있도록 적어도 세 개의 지지봉(130)은 동일한 속도 및 높이로 승하강해야 한다. 한편, 돌출부(120) 및 지지봉(130)을 각각 두 개 마련하는 경우 기판 지지부(100)의 지지 및 승하강 시 기판 지지대(110)의 수평 유지가 어려울 수 있고, 이들을 각각 다섯 개 이상 마련하는 경우 돌출부(120) 및 지지봉(130)이 차지하는 면적이 커져 배기 공간이 적어지고 그에 따라 배기 시간이 증가하고 배기 압력 조절이 어려울 수 있다. 따라서, 돌출부(120) 및 지지봉(130)은 기판 지지대(110)의 균형을 가장 안정적으로 유지할 수 있고 이들이 차지하는 면적이 증가되지 않도록 세 개 또는 네 개 마련하는 것이 바람직하다. 한편, 도시되지 않았지만, 지지봉(130)의 하측에는 지지봉(130)을 승하강시키기 위한 구동부(미도시)가 마련될 수 있다. 또한, 기판 지지부(100)에는 바이어스 전원(미도시)이 접속되며, 바이어스 전원에 의해 기판(10)에 입사되는 이온의 에너지를 제어할 수 있다.
챔버(200)는 대략 원형의 평면부(212) 및 평면부(212)로부터 상향 연장된 측벽부(214)를 포함하여 소정의 공간을 가지는 반응부(210)와, 대략 원형으로 반응부(210) 상에 위치하여 챔버(200)를 기밀하게 유지하는 덮개(220)를 포함할 수 있다. 측벽부(214)는 기판 지지부(100)와 소정 간격을 유지할 수 있는데, 기판 지지부(100)의 측면과 측벽부(214)는 모든 영역에서 동일 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 기판 지지부(100)와 측벽부(214)가 모든 영역에서 동일 간격을 유지하게 되면 기판 지지부(100)의 하측에 마련된 배기부(500)에 의해 기판 지지부(100)의 상부 영역으로부터 측면을 통해 동일 압력으로 배기될 수 있다. 따라서, 배기 속도 및 압력을 동일하게 할 수 있고, 그에 따라 기판(10) 상의 박막 균일도를 향상시킬 수 있고, 파티클 생성을 억제할 수 있다. 그런데, 본 발명에 따른 기판 지지부(100)는 기판(10)이 안착되어 지지되는 기판 지지대(110)의 외측으로 적어도 세 개의 지지봉(130)이 각각 지지하는 적어도 세 개의 돌출부(120)이 마련된다. 이렇게 기판 지지대(110)로부터 외측으로 돌출되어 돌출부(120)이 마련되고, 기판 지지대(110)의 측면과 돌출부(120)의 측면이 챔버(200)의 측벽부(214)와 동일 간격(d2)을 유지하기 위해 측벽부(214)에는 돌출부(120)가 수용되는 홈(214a)이 형성된다. 즉, 측벽부(214)에는 소정 폭 및 깊이로 측면에 형성된 홈(214a)이 형성된다. 따라서, 기판 지지부(100)는 기판 지지대(110)가 측벽부(214)와 소정 간격 이격되고, 돌출부(120)는 홈(214a)과 소정 간격 이격되어 챔버(200) 내부를 상하 이동하게 된다. 또한, 챔버(200)의 하부, 즉 평면부(212)의 중심부에는 배기구(212a)가 형성되고, 배기구(212a)는 배기관, 배기 장치 등을 포함하는 배기부(500)와 연결된다. 그리고, 중심부와 이격되어 기판 지지부(100)의 지지봉(130)이 관통하는 관통홀이 형성될 수 있다.
플라즈마 발생부(300)는 챔버(100) 내에 공정 가스를 공급하고 이를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 이러한 플라즈마 발생부(300)는 챔버(100) 내에 증착 가스, 식각 가스 등의 공정 가스를 분사하는 샤워헤드(310)와, 샤워헤드(310)에 고주파 전원을 인가하는 전원 공급부(320)를 포함한다. 샤워헤드(310)는 챔버(200) 내의 상부에 기판 지지부(100)와 대향하는 위치에 설치되며, 공정 가스를 챔버(200)의 하측으로 분사한다. 샤워헤드(310)는 내부에 소정의 공간이 마련되며, 상측은 공정 가스 공급부(400)와 연결되고, 하측에는 기판(10)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(312)이 형성된다. 샤워헤드(310)는 기판(10) 형상에 대응되는 형상으로 제작되는데, 대략 원형으로 제작될 수 있다. 또한, 샤워헤드(310) 내부에는 가스 공급부(400)로부터 공급되는 공정 가스를 고르게 분포시키기 위한 분배판(314)이 더 마련될 수 있다. 분배판(314)은 공정 가스 공급부(400)와 연결되어 공정 가스가 유입되는 가스 유입부에 인접하게 마련되고, 소정의 판 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 분배판(314)는 샤워헤드(310)의 상측면과 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 또한, 분배판(314)은 판 상에 복수의 관통홀이 형성될 수도 있다. 이렇게 분배판(314)이 마련됨으로써 공정 가스 공급부(400)로부터 공급되는 공정 가스는 샤워헤드(310) 내부에 고르게 분포될 수 있고, 그에 따라 샤워헤드(310)의 분사홀(312)을 통해 하측으로 고르게 분사될 수 있다. 또한, 샤워헤드(310)는 알루미늄 등의 도전 물질을 이용하여 제작될 수 있고, 챔버(200)의 측벽부(214) 및 덮개(220)와 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 샤워헤드(310)와 챔버(200)의 측벽부(214) 및 덮개(220) 사이에는 절연체(330)가 마련되어 샤워헤드(310)와 챔버(200)를 절연시킨다. 샤워헤드(310)가 도전 물질로 제작됨으로써 샤워헤드(310)는 전원 공급부(320)로부터 고주파 전원을 공급받아 플라즈마 발생부(300)의 상부 전극으로 이용될 수 있다. 전원 공급부(320)는 챔버(200)의 측벽부(214) 및 절연체(340)를 관통하여 샤워헤드(310)와 연결되고, 샤워헤드(310)에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(320)는 고주파 전원(미도시) 및 정합기(미도시)를 포함할 수 있다. 고주파 전원은 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전원을 생성하고, 정합기는 챔버(200)의 임피던스를 검출하여 임피던스의 허수 성분과 반대 위상의 임피던스 허수 성분을 생성함으로써 임피던스가 실수 성분인 순수 저항과 동일하도록 챔버(200) 내에 최대 전력을 공급하고, 그에 따라 최적의 플라즈마를 발생시키도록 한다. 한편, 플라즈마 발생부(300)가 챔버(200) 상측에 마련되고 샤워헤드(310)에 고주파 전원이 인가되므로 챔버(200)가 접지되어 챔버(200) 내부에 공정 가스의 플라즈마가 생성될 수 있다.
공정 가스 공급부(400)는 복수의 공정 가스를 각각 공급하는 공정 가스 공급원(410)과, 공정 가스 공급원(410)으로부터 공정 가스를 샤워헤드(310)에 공급하는 공정 가스 공급관(420)을 포함한다. 공정 가스는 예를 들어 식각 가스와 박막 증착 가스 등을 포함할 수 있으며, 식각 가스는 NH3, NF3 등을 포함할 수 있고, 박막 증착 가스는 SiH4, PH3 등을 포함할 수 있다. 또한, 식각 가스와 박막 증착 가스와 더불어 H2, Ar 등의 불활성 가스가 공급될 수 있다. 또한, 공정 가스 공급원과 공정 가스 공급관 사이에는 공정 가스의 공급을 제어하는 밸브 및 질량 흐름기 등이 마련될 수 있다.
배기부(500)는 챔버(200)의 하부, 즉 평면부(212)의 중앙부에 형성된 배기구(212a)와 연결되는 배기관(510)과, 배기관(510)을 통해 챔버(200) 내부를 배기하는 배기 장치(520) 등을 포함할 수 있다. 이때, 배기 장치(520)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 사용될 수 있으며, 이에 따라 챔버(200) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공 흡입할 수 있도록 구성된다. 배기부(500)가 챔버(100)의 하측 중앙부에 마련됨으로써 챔버(100) 내부를 동일 압력으로 배기할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(200) 내의 샤워헤드(310)에 고주파 전원을 인가하는 플라즈마 발생부(300)를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샤워헤드(310) 상측에 샤워헤드(310)와 이격되어 전극이 형성되고 전극에 고주파 전원이 인가되어 플라즈마가 발생될 수도 있고, 챔버(200) 외부의 상측 또는 측부에 안테나가 마련되고 안테나에 고주파 전원이 인가되어 플라즈마가 발생될 수도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 장치는 기판을 지지하는 기판 지지대(110) 외측으로 복수의 돌출부(120)가 형성되고 돌출부(120) 하측에 지지봉(130)이 마련되어 기판 지지대(110)를 외측에서 지지하게 된다. 또한, 기판 처리 장치는 챔버(200)의 하부 중심부에 배기구(212a)가 형성되어 배기부(500)와 연결되고, 배기구(212a)와 중첩되지 않도록 배기구(212a)와 이격되어 기판 지지대(110)의 외측에서 돌출부(120)를 통해 기판 지지대(110)를 지지하는 지지봉(130)이 마련된다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(200)의 하측 중심부에서 챔버(200) 내부를 배기하고, 챔버(200) 하측 외곽에서 기판 지지대(100)를 지지한다. 따라서, 챔버(200) 내부의 모든 영역에서 가스 흐름을 균일하게 할 수 있고, 그에 따라 기판(10) 상에 박막의 증착 균일성을 향상시킬 수 있고, 파티클 생성을 억제할 수 있다. 즉, 챔버(200) 내의 가스 흐름이 균일하기 때문에 기판(10) 상의 모든 영역에서 공정 가스가 머무는 시간이 동일하게 되어 박막의 증착 균일성이 향상되고, 일 영역에서 공정 가스가 머무는 시간이 증가하지 않으므로 파티클 생성을 억제할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도로서, 플라즈마 발생부(300)가 접지 플레이트(340)를 포함한다. 접지 플레이트(340)는 샤워헤드(310)와 소정 간격 이격되어 마련되고, 챔버(200)의 측면과 연결될 수 있다. 챔버(300)가 접지 단자와 연결되고, 그에 따라 접지 플레이트(340) 또한 접지 전위를 유지하게 된다. 한편, 샤워헤드(310)와 접지 플레이트(340) 사이의 공간은 샤워헤드(310)를 통해 분사되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위한 반응 공간이 된다. 즉, 샤워헤드(310)를 통해 공정 가스가 분사되고 샤워헤드(310)에 고주파 전원이 인가되면 접지 플레이트(340)가 접지 상태를 유지하므로 이들 사이에 전위차가 발생되고, 그에 따라 반응 공간에서 공정 가스가 플라즈마 상태로 여기된다. 이때, 샤워헤드(310)와 접지 플레이트(340) 사이의 간격, 즉 반응 공간의 상하 간격은 플라즈마가 여기될 수 있는 최소한의 간격 이상을 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들어 3㎜ 이상의 간격을 유지할 수 있다. 이렇게 반응 공간에서 여기된 공정 가스는 기판(10) 상으로 분사되어야 하는데, 이를 위해 접지 플레이트(340)는 상하를 관통하는 복수의 홀(342)이 형성된 소정의 판 형상으로 마련된다. 이렇게 접지 플레이트(340)가 마련됨으로써 반응 공간에서 발생된 플라즈마가 기판(10) 상에 직접 닿는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 기판(10)의 플라즈마 데미지를 감소시킬 수 있다. 또한, 접지 플레이트(340)는 반응 공간에 플라즈마를 가두어 전자 온도를 낮추는 역할을 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도로서, 기판 지지부(100)와 플라즈마 발생부(300) 사이에 마련된 필터부(600)를 포함한다. 필터부(600)는 플라즈마 발생부(300)의 접지 플레이트(340)와 기판 지지부(100) 사이에 마련되며, 측면이 챔버(200)의 측벽과 연결된다. 따라서, 필터부(600)는 접지 전위를 유지할 수 있다. 이러한 필터부(600)는 플라즈마 발생부(300)로부터 발생된 플라즈마의 이온, 전자 및 빛을 필터링한다. 즉, 플라즈마 발생부(300)에 의해 발생된 플라즈마가 필터부(600)를 거치게 되면 이온, 전자 및 빛이 차단되어 반응종만이 기판(10)과 반응되도록 한다. 이러한 필터부(600)는 플라즈마가 적어도 한번은 필터부(600)에 부딪힌 다음 기판(10)에 인가되도록 한다. 이를 통해 플라즈마가 접지 전위의 필터부(600)에 부딪힐 경우, 에너지가 큰 이온 및 전자가 흡수될 수 있다. 또한, 플라즈마의 빛은 필터부(600)에 부딪히게 되어 투과하지 못하게 된다. 이러한 필터부(600)는 다양한 형상으로 마련될 수 있는데, 예를 들어 복수의 홀(610)가 형성된 단일 판으로 형성하거나, 홀(610)이 형성된 판을 다층으로 배치시키고 각 판을 다층으로 배치시키고 각 판의 홀(610)이 서로 어긋나게 형성하거나, 다수의 홀(610)이 소정의 굴절된 경로를 갖는 판 형상으로 형성할 수도 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 기판 지지대 120 : 돌출부
130 : 지지봉
100 : 기판 지지부 200 : 챔버
300 : 플라즈마 발생부 400 : 공정 가스 공급부
500 : 배기부 600 : 필터부
130 : 지지봉
100 : 기판 지지부 200 : 챔버
300 : 플라즈마 발생부 400 : 공정 가스 공급부
500 : 배기부 600 : 필터부
Claims (11)
- 기판을 지지하는 기판 지지대;
상기 기판 지지대의 가장자리로부터 외측으로 돌출된 복수의 돌출부; 및
상기 돌출부 하부에서 상기 돌출부를 각각 지지하는 복수의 지지봉을 포함하는 기판 지지 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 기판 지지대는 상기 기판의 후면이 접촉되고, 제 1 온도를 유지하여 상기 기판을 가열하는 제 1 영역과,
상기 제 1 영역 외측에 마련되어 상기 제 1 온도보다 높거나 낮은 제 2 온도를 유지하는 제 2 영역을 포함하는 기판 지지 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역보다 높거나 낮게 마련되는 기판 지지 장치.
- 반응 공간이 마련되며, 하부 중심부에 배기구가 형성된 챔버;
상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 기판 지지부와 대향되어 마련되며 공정 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 및
상기 배기구와 연결되고 상기 챔버 하측에 마련되어 상기 챔버 내부를 배기하기 위한 배기부를 포함하고,
상기 기판 지지부는 상기 기판을 지지하는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대의 가장자리로부터 외측으로 돌출된 복수의 돌출부와, 상기 배기구를 사이에 두고 상기 돌출부를 각각 지지하는 복수의 지지봉을 포함하는 기판 처리 장치.
- 삭제
- 청구항 5에 있어서, 상기 기판 지지대는 상기 기판의 후면이 접촉되고, 제 1 온도를 유지하여 상기 기판을 가열하는 제 1 영역과,
상기 제 1 영역 외측에 마련되어 상기 제 1 온도보다 높거나 낮은 제 2 온도를 유지하는 제 2 영역을 포함하는 기판 처리 장치.
- 청구항 5에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는,
상기 공정 가스를 분사하는 샤워헤드;
상기 샤워헤드에 고주파 전원을 인가하기 위한 전원부; 및
상기 샤워헤드와 소정 간격 이격되어 마련되며, 복수의 관통홀이 형성된 접지 플레이트를 포함하는 기판 처리 장치.
- 청구항 5에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는
상기 공정 가스를 분사하는 샤워헤드;
상기 샤워헤드와 이격된 전극; 및
상기 전극에 고주파 전원을 인가하기 위한 전원부를 포함하는 기판 처리 장치.
- 청구항 5에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는
상기 공정 가스를 분사하는 샤워헤드;
상기 챔버 외부의 상부 또는 측부에 마련된 안테나; 및
상기 안테나에 고주파 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 기판 처리 장치.
- 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 상기 플라즈마 발생부와 상기 기판 지지부 사이에 마련되고 복수의 홀이 형성되어 상기 공정 가스의 플라즈마의 일부를 차단하는 필터부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
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