KR101514671B1 - 박막 처리 부재 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 박막 처리 부재는 다수의 공정 영역이 구획된 반응기에 박막을 처리하기 위한 부재를 각 공정 영역에 주기적으로 공급하며, 가스 공급부, 샤워 헤드 전력 공급부, 열 처리부, 및 회전축을 포함한다. 가스 공급부는 반응기에 가스 공급한다. 샤워 헤드는 가스 공급부의 아래에 구비되고, 가스 공급부로부터 공급된 가스가 균일하게 분사되도록 다수의 분사홀 또는 다수의 분사면이 적어도 하나의 공정 영역에 대응하여 형성된다. 전력 공급부 샤워 헤드에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 전력을 공급한다. 열 처리부는 샤워 헤드의 배면에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 광 또는 열을 제공한다. 회전축은 가스 공급부 및 샤워 헤드와 결합하고, 가스와 전력 및 광 또는 열이 각 공정 영역에 주기적으로 제공되도록 가스 공급부 및 샤워 헤드를 회전시킨다. 이에 따라, 박막 처리 부재는 가스와 전력 및 광 또는 열을 각 공정 영역에 주기적으로 제공할 수 있으므로, 하나의 반응기 내에서 박막의 증착 공정과 경화 공정이 모두 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 박막을 처리하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 기판에 가스를 공급하여 박막을 처리하는 박막 처리 부재 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하는 반도체 공정은 박막을 증착하는 증착 공정과 증착된 박막을 패터닝하는 식각 공정 등이 있으며, 증착 공정과 식각 공정을 수회 반복하는 과정을 통해 반도체 소자가 완성된다. 이러한 반도체 장치 제조 공정 중 하나인 증착 공정은 스퍼터링법(Sputtering), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition : CVD), 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition : ALD) 등이 있다.
스퍼터링법은 물리적 증착 방법으로서, 이전에 많이 사용되던 증착 방법이나 기판 표면에 단차가 형성된 상태에서 박막을 형성할 경우 표면을 원만하게 덮어주는 단차피복(step coverage)이 떨어지는 단점이 있다.
화학기상증착법은 소스 가스와 분해 가스를 이용하여 적정 두께를 갖는 박막을 기판 상에 증착한다. 화학기상증착법은 다양한 가스들을 반응 챔버에 공급한 후 열이나 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학 반응시킴으로써 기판 상에 원하는 두께의 박막을 증착시킨다. 화학기상증착법은 반응 에너지가 큰 만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비율 및 양을 통해 반응 조건을 제어함으로써, 증착률을 증가시킨다. 이러한 화학기상증착법은 스퍼터링법에 비해 단차피복이 우수하고 생산성이 높은 장점을 갖는 반면, 공정 온도가 높고 200Å 이하의 두께를 갖는 박막을 증착할 수 없다. 또한, 화학기상증착법은 두 가지 이상의 소스 가스가 동시에 반응 챔버 내부로 공급되어 기체 상태에서 반응을 일으키므로, 이 과정에서 오염원이 되는 입자(particle)가 생기기 쉽고, 빠른 반응 속도로 인해 원자들의 열역학적(thermodynamic) 안정성을 제어하기 매우 어렵다.
원자층 증착법은 박막 형성에 필요한 원료들을 시간적으로 분할하여 순차적으로 공급하고 기판 표면에 흡착한 원료 기체들의 반응을 통해 막이 형성된다. 원자층 증착법은 200Å 이하의 두께로 박막을 증착할 수 있는 장점이 있어, 최근 미세 두께의 박막과 미세 패터닝 구조를 갖는 반도체 소자를 개발하려는 추세로 인해 많이 이용되고 있다. 원자층 증착법은 불순물은 최대한 억제하면서 균일한 미세 두께의 박막을 증착할 수 있으며, 화학기상증착법에 비해 낮는 500℃ 이하의 온도에서 공정이 진행된다.
원자층 증착법은 표면 반응 메카니즘(surface reaction mechanism)을 이용하여 균일하고 미세한 박막을 증착할 수 있으며, 기상 반응(gas reaction)에 의한 파티클 생성을 최소화시킬 수 있다. 원자층 증착법은 기판 표면에 흡착되는 물질에 의해서만 증착이 발생하며, 흡착량은 기판 상에서 자체 제한(self-limiting)되기 때문에, 소스 가스의 양에 크게 의존하지 않고 기판 전체에 걸쳐 균일하게 박막을 증착할 수 있다. 이에 따라, 단차피복이 매우 우수하다.
이러한 원자층 증착법은, 박막을 증착하기 위한 전구체(precursor)인 두 종류의 소스 가스를 기판이 배치된 반응 챔버에 순차적으로 제공하여 박막을 형성한다. 이렇게 소스 가스에 의해 박막이 증착되면, 증착된 박막에 광을 조사하여 박막을 평탄화 및 경화시키는 과정이 필요하다. 광을 이용한 박막 경화 공정은 소스 가스와 퍼지 가스가 공급되어 박막이 증착되는 공정이 이루어지는 반응기에서 이루어지지 않고, 이와 별도로 구비되는 반응기에서 이루어진다.
이와 같이, 박막의 증착이 이루어지는 반응기와 박막의 경화가 이루어지는 반응기가 서로 다르므로, 경화 공정이 이루어지는 반응기로 이동하는 시간이 필요하다. 이때, 박막의 증착 공정과 경화 공정 간의 시간 차가 길어 질수록 박막의 평탄도가 떨어지고, 이로 인해, 제품의 수율이 감소된다.
본 발명의 목적은 반응기에 가스 및 전력과 함께 광을 제공하는 박막 처리 부재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상술한 박막 처리 부재를 구비하여 주기적으로 다수의 기판에 가스와 전력 및 광을 제공하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 박막 처리 부재는, 다수의 공정 영역이 구획된 반응기에 박막을 처리하기 위한 부재를 각 공정 영역에 주기적으로 공급하는 박막 처리 부재로서, 상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 가스 공급부의 아래에 구비되고, 상기 가스 공급부로부터 공급된 가스가 균일하게 분사되도록 다수의 분사홀 또는 다수의 분사면이 적어도 하나의 공정 영역에 대응하여 형성된 샤워 헤드; 상기 샤워 헤드에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 전력을 공급하는 전력 공급부; 상기 샤워 헤드의 배면에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 광 또는 열을 제공하는 열 처리부; 및 상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드와 결합하고, 상기 가스와 상기 전력 및 상기 광 또는 열이 상기 각 공정 영역에 주기적으로 제공되도록 상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드를 회전시키는 회전축을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 분사홀과 상기 전력 공급부 및 상기 열 처리부는 서로 다른 공정 영역에 대응하여 위치한다.
한편, 상기 열 처리부는, 자외선을 조사하는 다수의 램프, 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛, 및 열을 제공하는 히터 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 가스 공급부는, 소스 가스를 공급하는 제1 가스 공급관; 퍼지 가스를 공급하는 제2 가스 공급관; 및 판 형상을 갖고, 상기 회전축이 관통 및 결합되어 상기 회전축의 회전에 의해 회전하며, 상기 제1 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제1 가스 유입홀 및 상기 제2 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제2 가스 유입홀이 형성된 리드를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 가스 공급관의 출력단들은, 상기 샤워 헤드의 상부에서 상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면이 형성된 영역에 대응하여 위치하고, 서로 다른 공정 영역에 대응하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 전력 공급부는 알에프(RF) 전력을 공급할 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 처리 장치는, 내부 공간이 다수의 공정 영역으로 구획되고, 상부가 개방되며, 상기 박막 처리 공정이 이루어지는 다수의 기판이 상기 다수의 공정 영역에 배치되는 반응기; 및 상기 반응기의 상부에 구비되고, 상기 반응기에 상기 박막 처리 공정을 위한 광 또는 열, 가스, 및 전력을 각 공정 영역에 주기적으로 제공하도록 회전하면서 각 공정 영역에 주기적으로 공급하는 박막 처리 부재를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 공정 영역에는 상기 다수의 기판 중 적어도 하나의 기판이 배치되며, 상기 박막 처리 부재는 상기 광 또는 열과 상기 전력 및 상기 가스를 서로 다른 공정 영역에 제공할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 상기 반응기와 상기 박막 처리 부재 사이에 개재되고, 상기 반응기 및 박막 처리 부재 중 적어도 어느 하나와 분리 가능하게 결합되어 상기 반응기의 내부 공간을 밀폐하는 마그네틱 실링 부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 박막 처리 부재는, 상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 가스 공급부의 아래에 구비되고, 반응기와의 사이에 상기 마그네틱 실링 부재가 개재되며, 상기 가스 공급부로부터 공급된 가스가 균일하게 분사되도록 다수의 분사홀 또는 다수의 분사면이 적어도 하나의 공정 영역에 대응하여 형성된 샤워 헤드; 상기 샤워 헤드에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 전력을 공급하는 전력 공급부; 상기 샤워 헤드의 배면에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 광 또는 열을 제공하는 열 처리부; 및 상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드와 결합하고, 상기 가스와 상기 전력 및 상기 광 또는 열이 상기 각 공정 영역에 주기적으로 제공되도록 상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드를 회전시키는 회전축을 포함할 수 있다.
더불어, 상기 가스 공급부는, 소스 가스를 공급하는 제1 가스 공급관; 퍼지 가스를 공급하는 제2 가스 공급관; 및 판 형상을 갖고, 상기 반응기와 결합하여 상기 반응기의 개방된 상부를 밀폐하며, 상기 회전축이 관통 및 결합되어 상기 회전축의 회전에 의해 회전하고, 상기 제1 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제1 가스 유입홀 및 상기 제2 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제2 가스 유입홀이 형성된 리드를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 가스 공급관의 출력단들은, 상기 샤워 헤드의 상부에서 상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면이 형성된 영역에 대응하여 위치하고, 서로 다른 공정 영역에 대응하여 배치될 수 있다.
게다가, 상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면과 상기 전력 공급부 및 상기 열 처리부는 서로 다른 공정 영역에 대응하여 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 처리 부재 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 따르면,
첫째, 각 공정 영역에 주기적으로 가스와 전력 및 광 또는 열을 제공할 수 있으므로, 하나의 반응기 내에서 박막의 증착 공정과 경화 공정이 모두 이루어질 수 있다.
둘째, 박막의 경화 공정을 위해 기판을 별도의 반응기로 이동할 필요가 없으므로, 제품의 수율 및 생산성을 향상시키고, 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
셋째, 별도의 밸브 시스템 없이 소스 가스, 퍼지 가스, 전력 및 광을 주기적으로 기판에 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 처리 부재를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 박막 처리 부재를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 샤워 헤드의 배면 및 열 처리부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드의 다른 일례를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 절단선 I-I'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 기판 처리 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 도 6의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 9는 도 6의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 단면도이다.
도 10은 도 6에 도시된 기판 처리 장치에 의해 공급되는 가스의 순환 주기를 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 6에 도시된 기판 처리 장치에 공급되는 광 또는 열과 전력 및 가스를 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시된 박막 처리 부재를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 샤워 헤드의 배면 및 열 처리부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드의 다른 일례를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 절단선 I-I'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 기판 처리 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 도 6의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 9는 도 6의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 단면도이다.
도 10은 도 6에 도시된 기판 처리 장치에 의해 공급되는 가스의 순환 주기를 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 6에 도시된 기판 처리 장치에 공급되는 광 또는 열과 전력 및 가스를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 처리 부재를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 박막 처리 부재를 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 샤워 헤드의 배면 및 열 처리부를 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 박막 처리 부재(100)는 반응기(200)에 박막 처리를 위한 부재를 제공하는 부재로서, 가스 공급부(110), 샤워 헤드(120), 전력 공급부(130), 열 처리부(140), 및 회전축(150)을 포함한다.
가스 공급부(110)는 반응기(200)의 다수의 공정 영역(PA)에 박막 처리를 위한 가스를 공급한다. 가스 공급부(110)는 리드(111), 제1 가스 공급관(112), 및 제2 가스 공급관(113)을 포함한다.
구체적으로, 리드(111)는 대체로 판 형상을 갖고, 제1 가스 공급관(112)의 출력단과 연통되는 제1 가스 유입홀(111a) 및 제2 가스 공급관(113)의 출력단과 연통되는 제2 가스 유입홀(111b)이 형성된다.
제1 가스 공급관(112)은 박막을 증착하기 위한 소스 가스를 공급하며, 여기서, 소스 가스는 전구체(precursor)를 말한다. 제1 가스 공급관(112)을 통해 제공되는 소스 가스는 리드(111)의 제1 가스 유입홀(111a)을 통해 반응기(200) 측으로 제공된다.
제2 가스 공급관(113)은 반응기 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급한다. 제2 가스 공급관(113)을 통해 제공되는 퍼지 가스는 리드(111)의 제2 가스 유입홀(113)을 통해 반응기(200) 측으로 제공된다.
제1 가스 유입홀(111a)과 제2 가스 유입홀(111b)은 서로 다른 공정 영역에 대응하여 배치되며, 이에 따라, 소스 가스가 제공되는 공정 영역과 퍼지 가스가 제공되는 공정 영역이 서로 다르게 된다.
가스 공급부(110)의 아래에는 샤워 헤드(120)가 구비된다. 샤워 헤드(120)는 대체로 원판 형상으로 이루어지며, 소스 가스 및 퍼지 가스를 반응기(200) 내로 균일하게 분사하도록 다수의 분사홀(121)이 형성된다. 다수의 분사홀(121)은 반응기(200)의 적어도 하나의 공정 영역(PA)과 대응하게 형성된다. 이 실시예에 있어서, 다수의 분사홀(121)은 두 개의 공정 영역과 대응하게 형성되나, 다수의 분사홀(121)과 대응하는 공정 영역의 개수는 증가하거나 감소할 수 있다. 또한, 이 실시예에 있어서, 분사홀(121)은 대체로 원 형상으로 이루어진다.
한편, 샤워 헤드(120)는 전력 공급부(130)와 연결된다. 전력 공급부(130)는 반응기(200)의 적어도 하나의 공정 영역(PA)에 대응하여 구비되고, 공정 영역(RF)에 알에프(RF) 전력을 공급한다. 이 실시예에 있어서, 전력 공급부(130)는 하나의 공정 영역(PA)과 대응하게 배치되어 하나의 공정 영역(PA)에 전력을 공급하나, 전력 공급부(130)와 대응하는 공정 영역(PA)의 개수는 공정 효율에 따라 증가할 수도 있다.
또한, 샤워 헤드(120)의 배면에는 열 처리부(140)가 구비된다. 열 처리부(140)는 반응기(200)의 적어도 하나의 공정 영역(PA)에 광 또는 열을 조사한다. 여기서, 열 처리부(140)로부터 제공되는 광은 자외선(UV)이다. 열 처리부(140)는 도 3에 도시된 것처럼 샤워 헤드(120)의 배면에 결합된 다수의 램프(141)를 포함할 수 있다. 다수의 램프(141)는 적어도 하나의 공정 영역(PA)과 대응하게 구비되고, 대응하는 공정 영역(PA)에 광을 균일하게 조사하도록 서로 이격되어 배치된다. 이 실시예에 있어서, 열 처리부(140)는 하나의 공정 영역(PA)과 대응하게 배치되어 하나의 공정 영역(PA)에 광을 제공하나, 열 처리부(140)와 대응하는 공정 영역(PA)의 개수는 공정 효율에 따라 증가할 수도 있다.
또한, 이 실시예에 있어서, 열 처리부(140)는 자외선을 조사하는 다수의 램프(141)로 이루어지나, 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛 또는 열을 제공하는 히터 등 열을 가할 수 있는 장치로 이루어질 수도 있다.
이렇게, 전력 공급부(130)와 열 처리부(140)는 샤워 헤드(120)와 결합하며, 도 3에 도시된 것처럼 샤워 헤드(120)는 전력 공급부(130)가 연결된 영역과 열 처리부(140)가 결합된 영역에 다수의 분사홀(121)이 형성되지 않는다. 이에 따라, 박막 처리 공정 시, 전력 공급부(130)로부터 전력이 공급되는 공정 영역과 열 처리부(140)로부터 광 또는 열이 제공되는 공정 영역에는 가스 공급부(110)로부터 제공되는 가스가 분사되지 않는다.
상술한 바와 같이, 박막 처리 부재(100)는 하나의 반응기(200)에 박막 처리를 위한 가스와 전력뿐만 아니라 광 또는 열을 제공할 수 있으므로, 열 처리를 위한 별도의 반응기를 구비할 필요 없이 하나의 반응기(200) 내에서 박막의 증착과 경화가 함께 이루어질 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드의 다른 일례를 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4의 절단선 I-I'에 따른 단면도이다.
도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 샤워 헤드(160)는 베이스 플레이트(161), 및 소스 가스와 퍼지 가스를 균일하게 분사하도록 적어도 하나의 분사부(162)를 포함한다.
구체적으로, 베이스 플레이트(161)는 대체로 원판 형상을 갖고, 적어도 하나의 공정 영역에 대응하는 영역에 분사부(162)가 구비된다. 이 실시예에 있어서, 샤워 헤드(160)는 두 개의 분사부(162)를 구비하나, 분사부(162)의 개수는 공정 효율 및 공정 조건에 따라 증가하거나 감소할 수 있다.
다수의 분사부(162)는 서로 다른 공정 영역(PA)에 대응하여 구비되며, 해당 공정 영역에 균일한 가스를 분사한다. 이 실시예에 있어서, 두 개의 분사부 중 하나는 대응하는 공정 영역에 소스 가스를 분사하고 나머지 하나는 대응하는 공정 영역에 퍼지 가스를 분사할 수 있다.
분사부(162)는 다수의 분사면(162a, 162b, 162c)을 포함하고, 각 분사면(162a, 162b, 162c)은 중심에 위치하여 원판 형상을 갖는 분사면(162a)을 제외하고는 링 형상의 플레이트로 이루어진다.
다수의 분사면(162a, 162b, 162c)은 적어도 하나의 공정 영역(PA)에 대응하여 위치한다. 다수의 분사면(162a, 162b, 162c)은 샤워 헤드(160)의 중심으로부터 외측으로 서로 인접하게 배치되고, 샤워 헤드(160)의 중심측에 배치된 분사면(162a)으로부터 가장 외측에 배치된 분사면(162c)으로 갈수록 분사면(162a, 162b, 162c)의 외측 원주의 길이가 증가한다.
다수의 분사면(162a, 162b, 162c)은 샤워 헤드(160)의 중심으로부터 외측으로 갈수록 이전 분사면보다 아래에 구비된다. 즉, 다수의 분사면(162a, 162b, 162c)은 샤워 헤드(160)의 가장 중심에 배치된 분사면(162a)으로부터 가장 외곽에 배치된 분사면(162c)으로 갈수록 반응기(200) 바닥면으로부터의 수직 높이가 낮아진다. 다수의 분사면(162a, 162b, 162c)은 도 4에 도시된 것처럼 평면상에서 볼 때 서로 인접한 두 개의 분사면이 서로 중첩되게 위치하며, 서로 인접한 두 개의 분사면은 상하 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 이렇게 서로 인접한 두 개의 분사면이 서로 이격되어 형성된 공간은 유입 통로(62)로 제공되며, 가스 공급부(110)로부터 제공되는 가스는 각 유입 통로(62)를 통해 반응기(200) 내부로 분사된다. 여기서, 가스 공급부(110)로부터 샤워 헤드(160)에 제공된 가스는 각 분사면(162a, 162b, 162c)의 상면을 따라 균일하게 분산되면서 각 유입 통로(62)를 통해 반응기(200)로 유입된다.
이 실시예에 있어서, 분사부(162)는 세 개의 분사면(162a, 162b, 163c)으로 이루어지나, 분사면(162a, 162b, 162c)의 개수는 증가하거나 감소할 수 있다.
한편, 베이스 플레이트(161)는 분사부(162)가 구비되지 않는 영역 중 일부 영역에는 전력 공급부(130)와 연결되고, 나머지 영역에는 열 처리부(140)가 결합된다. 여기서, 열 처리부(140)는 베이스 플레이트(161)의 배면에 구비된다.
다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 가스 공급부(110)의 리드(111)와 샤워 헤드(120)는 회전축(150)과 결합한다. 회전축(150)은 리드(111)의 중심부를 관통하여 샤워 헤드(120)의 중심에 결합되고, 리드(111)와 샤워 헤드(120)를 회전시킨다.
이렇게, 본 발명의 박막 처리 부재(100)는 회전축(150)의 회전에 의해 리드(111)와 샤워 헤드(120)가 회전하므로, 다수의 공정 영역(PA)에 대한 다수의 분사홀(121)의 위치가 샤워 헤드(120)의 회전에 의해 변경되고, 이에 따라, 다수의 분사홀(121)로부터 분사되는 소스 가스를 제공받는 공정 영역과 퍼지 가스를 제공받는 공정 영역이 주기적으로 변경된다. 마찬가지로, 전력 공급부(130)로부터 전력을 제공받는 공정 영역 및 열 처리부(140)로부터 광을 제공받는 공정 영역 또한 샤워 헤드(120)의 회전에 의해 주기적으로 변경된다.
이하, 도면을 참조하여 상술한 박막 처리 부재(100)를 구비하는 기판 처리 장치의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 기판 처리 장치를 나타낸 분해 사시도이며, 도 8은 도 6의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이고, 도 9는 도 6의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 단면도이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치(400)는 박막을 처리하기 위한 부재를 제공하는 박막 처리 부재(100) 및 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)에 대한 박막 공정이 이루어지는 반응기(200)를 포함한다.
박막 처리 부재(100)는 가스 공급부(110), 샤워 헤드(120), 전력 공급부(130), 열 처리부(140), 및 회전축(150)을 포함하고, 반응기(200) 내에 배치된 각 기판(W1, W2, W3, W4)에 가스와 전력 및 광을 주기적으로 공급한다. 이 실시예에 있어서, 박막 처리 부재(100)는 도 1에 도시된 박막 처리 부재(100)와 동일한 구성을 가지므로, 동일한 참조 부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다.
박막 처리 부재(100)의 아래에는 반응기(200)가 구비되며, 반응기(200)는 박막 처리 부재(100)로부터 소스 가스, 퍼지 가스, 전력 및 광 또는 열을 공급받아 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)에 대한 박막 공정이 이루어진다.
구체적으로, 반응기(200)는 용기(210) 및 기판 지지부재(220)를 포함한다. 용기(210)는 상부가 개방되고, 용기(210)의 개방된 상부에는 박막 처리 부재(100)가 결합되어 용기(210)를 밀폐한다. 여기서, 용기(120)의 상단부에는 샤워 헤드(120)와 리드(111)가 순차적으로 안착되고, 리드(111)는 용기(210)와의 결합을 통해 용기(210)의 개구된 상단부를 밀폐한다.
용기(210)는 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)에 대한 박막 공정이 이루어지는 내부 공간을 제공하며, 용기(210)의 내부 공간은 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼 다수의 공정 영역(PA1, PA2, PA3, PA4)으로 구획된다. 이 실시예에 있어서, 다수의 공정 영역(PA1, PA2, PA3, PA4)은 서로 인접하게 구획되고, 하나의 공정 영역에는 하나의 기판이 배치된다.
한편, 용기(210)의 내부에는 기판 지지부재(220)가 설치되며, 기판 지지부재(220)에는 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)이 안착된다.
박막 처리 공정시, 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)은 기판 지지부재(220)에 고정된 상태에서 박막 처리 부재(100)로부터 가스와 전력 및 광을 제공받는다. 이때, 박막 처리 부재(100)는 중심축을 중심으로 회전하면서 가스와 전력 및 광 또는 열을 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)에 제공하므로, 각 기판(W1, W2, W3, W4)은 기판 지지부재(220)가 회전하지 않고 고정된 상태에서 박막 처리 부재(100)로부터 주기적으로 가스와 전력 및 광을 제공받을 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 가스 공급관(112)과 대응하는 공정 영역(PA1)의 기판(W1)은 샤워 헤드(120)의 다수의 분사홀(121)을 통해 분사되는 소스 가스를 제공받는다. 또한, 샤워 헤드(120)에서 전력 공급부(130)와 연결된 영역과 대응하는 공정 영역(PA3)의 기판(W3)은 전력 공급부(130)로부터 제공되는 전력을 제공받는다.
이와 함께, 도 9에 도시된 것처럼 제2 가스 공급관(113)과 대응하는 공정 영역(PA2)의 기판(W2)은 샤워 헤드(120)의 다수의 분사홀(121)을 통해 분사되는 퍼지 가스를 제공받는다. 또한, 열 처리부(140)와 대응하는 공정 영역(PA4)의 기판(W4)은 열 처리부(140)로부터 광을 제공받는다.
이렇게, 박막 처리 부재(100)로부터 제공되는 가스와 전력 및 광은 서로 다른 공정 영역에 배치된 기판에 제공되며, 박막 처리 부재(100)의 회전에 의해 가스가 제공되는 공정 영역들과 전력이 공급되는 공정 영역 및 광이 제공되는 공정 영역이 주기적으로 변경된다.
상술한 바와 같이, 기판 처리 장치(400)는 박막 처리 부재(100)의 회전에 의해 반응기(200) 내의 각 기판(W1, W2, W3, W4)에 주기적으로 가스와 전력 및 광을 제공할 수 있으므로, 하나의 반응기(200) 내에서 박막의 증착 공정과 경화 공정이 모두 이루어질 수 있다. 이에 따라, 기판 처리 장치(400)는 박막 증착 공정 후 박막 경화 공정을 위한 별도의 반응기로 기판들(W1, W2, W3, W4)을 이송할 필요가 없으므로, 제품의 수율 및 생산성을 향상시키고, 공정 시간을 단축할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(400)는 가스와 전력을 박막 처리 부재(100)의 회전에 의해 반응기(200) 내의 각 기판(W1, W2, W3, W4)에 주기적으로 제공할 수 있으므로, 별도의 밸브를 이용하지 않고도 각 기판(W1, W2, W3, W4)에 제공되는 가스와 전력의 공급을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 기판 처리 장치(400)는 박막 처리 부재(100)와 반응기(200) 중 적어도 어느 하나와 분리가능하게 결합되는 마그네틱 실링 부재(300)를 더 포함할 수 있다. 마그네틱 실링 부재(300)는 박막 처리 부재(100)와 반응기(200) 사이에 개재되고, 박막 처리 부재(100)와 반응기(200)를 결합하여 반응기(200) 내부 공간을 밀폐한다. 이와 같이, 기판 처리 장치(400)는 마그네틱 실링 부재(300)를 이용하여 박막 처리 부재(100)와 반응기(200)를 결합시키므로, 박막 처리 부재(100)가 회전하더라도 반응기(200) 내부 공간을 안정적으로 밀폐할 수 있다.
도 10은 도 6에 도시된 기판 처리 장치에 의해 공급되는 가스의 순환 주기를 나타낸 그래프이고, 도 11은 도 6에 도시된 기판 처리 장치에 공급되는 광 또는 열과 전력 및 가스를 나타낸 그래프이다. 도 11에는 본 발명의 기판 처리 장치(400)에 의해 제공되는 소스 가스 중 제1 소스 가스(S1)의 공급 주기와 제2 소스 가스(S2)의 공급 주기가 일치할 경우를 예시하였다.
도 6 내지 도 11을 참조하면, 도 10에 도시된 것처럼, 박막 처리 부재(100)가 초당 1회전을 하도록 회전력을 제공하면 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)은 1주기마다 t1의 시간인 1/4초마다 제1 소스 가스를 공급받고, 1주기 마다 t3 시간인 1/4초마다 제2 소스 가스(S2)를 공급받는다. 참고로, 도 10에서는 퍼지 가스(P)가 연속적으로 공급되는 것을 도시하였다. 또한, 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)은 1주기마다 t4의 시간 동안 알에프 전력(RF)을 공급받는다. 이렇게 1 주기가 끝나면, 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)은 광(UV)을 제공받아 각 기판(W1, W2, W3, W4)에 형성된 박막의 평탄화 및 경화가 이루어진다.
도 10 및 도 11에서 박막 처리 부재(100)로부터 제1 소스 가스(S1), 제2 소스 가스(S2), 알에프 전력(RF), 및 광(UV)이 반응기(200)에 계속해서 공급되는데, 박막 처리 부재(100)의 회전에 의해 각 기판(W1, W2, W3, W4)에 제1 소스 가스(S1), 제2 소스 가스(S2), 알에프 전력(RF) 및 광(UV)이 각각 주기적으로 공급되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 밸브 시스템 없이 다수의 기판(W1, W2, W3, W4)에 각각 주기적으로 가스와 알에프 전력을 공급할 수 있다. 뿐만 아니라 광 또한 박막 공정이 이루어지는 동일한 반응기(200) 내에서 주기적으로 공급되므로, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 박막 처리 부재 110 : 가스 공급부
120, 160 : 샤워 헤드 130 : 전력 공급부
140 : 열 처리부 150 : 회전축
200 : 반응기 300 : 마그네틱 실링 부재
400 : 기판 처리 장치
120, 160 : 샤워 헤드 130 : 전력 공급부
140 : 열 처리부 150 : 회전축
200 : 반응기 300 : 마그네틱 실링 부재
400 : 기판 처리 장치
Claims (10)
- 다수의 공정 영역이 구획된 반응기에 박막을 처리하기 위한 부재를 각 공정 영역에 주기적으로 공급하는 박막 처리 부재로서,
상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 가스 공급부의 아래에 구비되고, 상기 가스 공급부로부터 공급된 가스가 균일하게 분사되도록 다수의 분사홀 또는 다수의 분사면이 적어도 하나의 공정 영역에 대응하여 형성된 샤워 헤드;
상기 샤워 헤드에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 전력을 공급하는 전력 공급부;
상기 샤워 헤드의 배면에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 광 또는 열을 제공하는 열 처리부; 및
상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드와 결합하고, 상기 가스와 상기 전력 및 상기 광 또는 열이 상기 각 공정 영역에 주기적으로 제공되도록 상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드를 회전시키는 회전축을 포함하고,
상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면과 상기 전력 공급부 및 상기 열 처리부는 서로 다른 공정 영역에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 박막 처리 부재. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 열 처리부는,
자외선을 조사하는 다수의 램프, 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛, 및 열을 제공하는 히터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 처리 부재. - 제1항에 있어서,
상기 가스 공급부는,
소스 가스를 공급하는 제1 가스 공급관;
퍼지 가스를 공급하는 제2 가스 공급관; 및
판 형상을 갖고, 상기 회전축이 관통 및 결합되어 상기 회전축의 회전에 의해 회전하며, 상기 제1 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제1 가스 유입홀 및 상기 제2 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제2 가스 유입홀이 형성된 리드를 포함하고,
상기 제1 및 제2 가스 공급관의 출력단들은,
상기 샤워 헤드의 상부에서 상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면이 형성된 영역에 대응하여 위치하고, 서로 다른 공정 영역에 대응하여 배치된 것을 특징으로 하는 박막 처리 부재. - 제1항에 있어서,
상기 전력 공급부는 알에프(RF) 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 처리 부재. - 내부 공간이 다수의 공정 영역으로 구획되고, 상부가 개방되며, 박막 처리 공정이 이루어지는 다수의 기판이 상기 다수의 공정 영역에 배치되는 반응기; 및
상기 반응기의 상부에 구비되고, 상기 박막 처리 공정을 위한 광 또는 열과 가스 및 전력을 서로 다른 공정 영역에 공급하되 회전하여 상기 반응기의 각 공정 영역에 상기 광 또는 열과 상기 가스 및 상기 전력을 주기적으로 제공하는 박막 처리 부재를 포함하고,
상기 공정 영역에는 상기 다수의 기판 중 적어도 하나의 기판이 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 반응기와 상기 박막 처리 부재 사이에 개재되고, 상기 반응기 및 박막 처리 부재 중 적어도 어느 하나와 분리 가능하게 결합되어 상기 반응기의 내부 공간을 밀폐하는 마그네틱 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7항에 있어서,
상기 박막 처리 부재는,
상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 가스 공급부의 아래에 구비되고, 반응기와의 사이에 상기 마그네틱 실링 부재가 개재되며, 상기 가스 공급부로부터 공급된 가스가 균일하게 분사되도록 다수의 분사홀 또는 다수의 분사면이 적어도 하나의 공정 영역에 대응하여 형성된 샤워 헤드;
상기 샤워 헤드에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 전력을 공급하는 전력 공급부;
상기 샤워 헤드의 배면에 결합되고, 적어도 하나의 공정 영역에 광 또는 열을 제공하는 열 처리부; 및
상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드와 결합하고, 상기 가스와 상기 전력 및 상기 광 또는 열이 상기 각 공정 영역에 주기적으로 제공되도록 상기 가스 공급부 및 상기 샤워 헤드를 회전시키는 회전축을 포함하고,
상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면과 상기 전력 공급부 및 상기 열 처리부는 서로 다른 공정 영역에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제8항에 있어서,
상기 가스 공급부는,
소스 가스를 공급하는 제1 가스 공급관;
퍼지 가스를 공급하는 제2 가스 공급관; 및
판 형상을 갖고, 상기 반응기와 결합하여 상기 반응기의 개방된 상부를 밀폐하며, 상기 회전축이 관통 및 결합되어 상기 회전축의 회전에 의해 회전하고, 상기 제1 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제1 가스 유입홀 및 상기 제2 가스 공급관의 출력단과 연통되는 제2 가스 유입홀이 형성된 리드를 포함하고,
상기 제1 및 제2 가스 공급관의 출력단들은,
상기 샤워 헤드의 상부에서 상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면이 형성된 영역에 대응하여 위치하고, 서로 다른 공정 영역에 대응하여 배치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 다수의 분사홀 또는 상기 다수의 분사면과 상기 전력 공급부 및 상기 열 처리부는 서로 다른 공정 영역에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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