KR101612741B1 - 가스분배수단 및 이를 포함한 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정가스가 공급되고 플라즈마가 방전되는 방전부가 설치된 가스분배수단 및 이를 포함한 기판처리장치에 관한 것으로, 기판처리장치는, 챔버리드 및 챔버몸체의 결합에 의해 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 공정챔버의 내부에 형성되고, 플레이트와, 상기 플레이트에 형성되는 다수의 관통홀 및 상기 다수의 관통홀과 유체 연통되고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공하는 매트릭스 형태의 방전부를 포함하는 가스분배수단; 및 상기 공정챔버 내부에 설치되고 상기 가스분배수단과 대향하며 기판이 안치되는 기판안치수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스분배수단 및 이를 포함한 기판처리장치{Gas distributing plate and Apparatus for treating substrate including the same}
본 발명은 공정가스가 공급되고 플라즈마가 방전되는 방전부가 설치된 가스분배수단 및 이를 포함한 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 표시장치 및 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 된다. 이들 공정 중 박막증착공정 및 식각공정 등은 진공상태로 최적화된 기판처리장치에서 진행한다. 일반적으로, 박막증착공정 또는 식각공정은 가스분배수단에 의해서 기판 상에 활성화 또는 이온화된 공정가스를 공급하여, 기판 상에 박막을 증착시키거나 식각한다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래기술을 상세히 설명한다.
도 1은 종래기술의 기판처리장치의 단면도이다. 도 1은 종래기술의 기판처리장치로서, 대표적으로 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)을 예시한다.
도 1을 참조하면, 기판처리장치(10)는, 반응공간을 제공하는 공정챔버(12), 공정챔버(12) 내부에 설치되고 기판(14)이 안치되는 기판안치대(16), 및 기판(14) 상에 공정가스를 공급하는 가스분배수단(18)을 포함하여 구성된다.
기판처리장치(10)는 기판(14)의 주변부에 박막의 증착을 방지하기 위해 공정챔버(12) 내벽에 설치되는 에지 프레임(edge frame)(20), 챔버리드(12a)를 통하여 가스분배수단(20)에 공정가스를 인입하는 가스도입관(22), 기판(14)을 인입 또는 반출시키는 게이트 밸브(도시하지 않음) 및 배기포트(24)를 더욱 포함하여 구성된다.
에지 프레임(20)은 공정챔버(12)의 내벽에 거치되고, 기판안치대(16)가 상승하여 공정위치에 있을 때, 기판(14)의 주변부를 차폐하여 기판(14)의 주변부에 박막이 형성되는 것을 방지한다. 배기포트(24)는 반응공간의 반응가스를 외부로 배출시키거나, 반응공간의 진공을 조절하는 기능을 한다. 배기포트(24)에는 진공펌프(도시하지 않음)가 연결된다.
공정챔버(12)는 챔버리드(12a)와, 오링(O-ring)(도시하지 않음)을 개재하여 챔버리드(12a)와 결합하는 챔버몸체(12b)를 포함하여 구성된다. 가스분배수단(18)은 챔버리드(12a)와 전기적으로 연결된다. 챔버리드(12a)에는 RF전력을 공급하는 RF(radio frequency) 전원(26)이 연결되고, 기판안치대(16)는 접지된다. 챔버리드(12a)와 RF 전원(26) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(30)가 설치된다. 따라서, 챔버리드(12a) 및 기판안치대(16) 각각은 플라즈마 상부 및 하부전극으로 기능하고, 반응공간에 공정가스가 공급되면, 플라즈마 상부 및 하부전극에 의해서 공정가스가 활성화 또는 이온화된다.
기판안치대(14)에는 기판(14)을 승온시키기 위한 발열장치(heater)(26)가 내장된다. 그리고, 기판안치대(14)의 배면에는 기판안치대(14)를 승강시키기 위한 지지축(28)이 연결된다. 가스분배수단(18)은 챔버리드(12a)에 현가되고, 가스분배수단(18)과 챔버리드(12a) 사이에는 가스도입관(22)으로부터 인입되는 공정가스를 수용하는 수용공간(32)이 형성된다. 가스도입관(22)은 챔버리드(12a)의 중앙을 관통하여 설치된다. 수용공간(32)에서 가스도입관(24)과 대응되는 위치에 배플(도시하지 않음)이 설치되어 가스도입관(24)으로부터 도입되는 공정가스를 균일하게 확산시키는 기능을 한다. 가스분배수단(18)에는 공정가스를 기판안치대(16)의 방향으로 공정가스를 분사하기 위한 다수의 분사홀(34)이 형성된다.
이어서, 도면을 참조하여 기판처리장치(10)의 가스분배수단(18)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는 종래기술의 가스분배수단에 대한 평면도이고, 도 3은 종래기술의 가스분배수단에 대한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 가스분배수단(18)은, 플레이트(18a)와 플레이트(18a)를 관통하여 형성되는 다수의 분사홀(34)을 포함하여 구성된다. 다수의 분사홀(34) 각각은 유입부(34a), 오리피스부(34b), 및 분사부(34c)로 구성된다.
유입부(34a)에는 도 1의 수용공간(32)에 일시적으로 수용되어 있는 공정가스가 유입된다. 오리피스부(34b)는 유입부(34a)의 하부에 위치하고, 유입부(34a)와 유체 연통된다. 오리피스부(34b)의 직경은 유입부(34a)의 직경보다 작다. 분사부(34c)는 오리피스부(34b)의 하부에 위치하고, 오리피스부(34b)와 유체 연통된다. 분사부(34c)는 공정가스를 반응공간에 분사하는 기능을 한다. 가스분배수단(18)은 플레이트(18a)에 다수의 분사홀(34)을 천공하여 가공한다. 유입부(34a) 및 분사부(34c) 각각은 2mm 및 8mm 정도의 직경을 가진다. 그리고, 오리피스부(34b)는 0.5mm의 직경을 가진다.
도 1과 같은 기판처리장치(10)에서 기판(14) 상에 증착되는 박막은 균일한 두께 및 특성을 가져야 한다. 박막의 균일한 두께 및 균질성은 기판(14) 상에 분사되는 공정가스의 균일한 공급에 의해 영향을 받는다. 공정가스를 균일하게 공급하기 위하여, 다수의 분사홀(34)은 균일하게 분포된다.
도 3은 종래기술의 가스분배수단에 대한 평면도이다.
도 3은 가스분배수단(18)의 배면에서 바라본 평면도를 도시한 것으로, 유입부(34a)는 점선으로 표시된다. 도 3을 참조하면, 플레이트(18a)를 천공하는 다수의 분사홀(34)은 균일한 간격으로 배열된다.
상기와 같은 도 1 내지 도 3을 참조한 종래기술의 기판처리장치(10)은 다음과 같은 문제가 있다.
첫번째, 가스분배수단(18)에서 유입부(34a) 및 분사부(34c)는 직경이 상대적으로 넓기 때문에 가공이 용이하지만, 오리피스부(34b)는 0.5mm 정도의 직경을 가지므로, 상대적으로 작은 직경으로 인해 가공이 어렵다.
두번째, 가스분배수단(18)와 기판안치대(16) 사이에서 플라즈마 방전되고, 다수의 분사홀(34)와 대응되는 제 1 영역은 다수의 분사홀(34) 사이와 대응되는 제 2 영역과 비교하여 플라즈마의 밀도가 더 높다. 다시 말하면, 다수의 분사홀(34)와 대응되는 제 1 영역은 직접적으로 공정가스가 공급되기 때문에 플라즈마 밀도가 높지만, 다수의 분사홀(34) 사이와 대응되는 제 2 영역은 다수의 분사홀(34)에서 공급된 공정가스의 측면확산에 의존하기 때문에, 플라즈마 밀도가 낮게 된다. 따라서, 플라즈마 밀도가 불균하게 되어 기판(14) 상에 증착되는 박막이 균일한 두께 및 특성을 얻기 어렵다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 공정가스의 분사면적을 증가시키고 플라즈마의 방전공간을 제공하는 매트릭스 형태의 방전부를 가지는 가스분배수단 및 이를 포함한 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 매트릭스 형태의 방전부에서 공정가스의 측면확산을 유도할 수 있어 공정가스가 유입되는 관통홀의 개수를 감소시킬 수 있는 가스분배수단 및 이를 포함한 기판처리장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는, 챔버리드 및 챔버몸체의 결합에 의해 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 공정챔버의 내부에 형성되고, 플레이트와, 상기 플레이트에 형성되는 다수의 관통홀 및 상기 다수의 관통홀과 유체 연통되고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공하는 매트릭스 형태의 방전부를 포함하는 가스분배수단; 및 상기 공정챔버 내부에 설치되고 상기 가스분배수단과 대향하며 기판이 안치되는 기판안치수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 관통홀 각각은 다수의 제 1 관통홀 및 상기 다수의 제 1 관통홀의 직경보다 작은 직경을 가지는 다수의 제 2 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 제 1 관통홀이 상기 방전부와 연결되거나, 또는 상기 다수의 제 2 관통홀이 상기 방전부에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 가스분배수단은 상기 챔버리드와 전기적으로 연결되어, 상기 가스분배수단과 상기 챔버리드는 플라즈마 소스전극으로 기능하고, 상기 기판안치수단은 플라즈마 접지전극으로 기능하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 플레이트는 제 1 면과 제 2 면을 포함하고, 상기 가스분배수단은 상기 플레이트의 상기 제 1 면과 상기 챔버리드 사이에 상기 공정가스가 수용되고 상기 다수의 제 1 관통홀과 유체 연통되는 수용공간을 포함하고, 상기 플레이트의 상기 제 2 면은 상기 기판안치수단과 대향하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 챔버리드를 관통하여 상기 수용공간에 상기 공정가스를 공급하는 가스공급관을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 제 1 관통홀은 상기 플레이트의 상기 제 1 면에서 상기 제 2 면의 방향으로 연장되고, 상기 방전부는 상기 다수의 제 2 관통홀과 유체 연통되어 상기 플레이트의 상기 제 2 면까지 연장되고, 상기 다수의 제 2 관통홀은 상기 다수의 제 1 관통홀과 상기 방전부 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 방전부는, 상기 다수의 제 2 관통홀을 가로 방향으로 지나는 다수의 제 1 횡구대; 및 상기 다수의 제 2 관통홀을 세로 방향으로 지나는 다수의 제 1 종구대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 제 1 횡구대 및 제 1 종구대의 너비는 상기 다수의 오리피스부의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 방전부는, 상기 다수의 제 1 횡구대 사이에 설치되고 상기 다수의 오리피스부를 지나지 않은 다수의 제 2 횡구대; 및 상기 다수의 제 1 종구대 사이에 설치되고 상기 다수의 오리피스부를 지나지 않는 다수의 제 2 종구대;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 제 1 횡구대 및 종구대의 너비는 상기 다수의 제 2 횡구대 및 종구대의 너비와 다른 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는, 챔버리드 및 챔버몸체의 결합에 의해 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 반응공간에 대응되는 상기 챔버리드와 결합되는 다수의 플라즈마 소스전극; 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각에 형성되고, 제 1 공정가스를 수용하는 제 1 수용공간, 상기 제 1 수용공간과 유체 연통되는 다수의 관통홀, 및 상기 다수의 관통홀과 유체 연통되고 플라즈마 방전공간을 제공하는 매트릭스 형태의 제 1 방전부를 포함하는 다수의 제 1 가스분배수단; 및 상기 공정챔버 내부에 설치되고 상기 다수의 플라즈마 소스전극과 대향하며 기판이 안치되는 기판안치수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 챔버리드와 상기 다수의 플라즈마 소스전극 사이에 설치되는 다수의 절연수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각은 제 1 면과 제 2 면을 포함하고, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각의 상기 제 1 면은 상기 다수의 절연수단과 면접하고, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각의 상기 제 2 면은 상기 기판안치수단과 대향하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 1 방전부는, 상기 다수의 제 1관통홀을 가로 방향으로 지나는 다수의 제 1 횡구대; 및 상기 다수의 제 2 관통홀을 세로 방향으로 지나는 다수의 제 1 종구대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 제 1 횡구대 및 제 1 종구대의 너비는 상기 다수의 제 1 관통홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 1 방전부는, 상기 다수의 제 1 횡구대 사이에 설치되고 상기 다수의 제 1 관통홀을 지나지 않은 다수의 제 2 횡구대; 및 상기 다수의 제 1 종구대 사이에 설치되고 상기 다수의 제 1 관통홀을 지나지 않는 다수의 제 2 종구대;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 제 1 횡구대 및 종구대의 너비는 상기 다수의 제 2 횡구대 및 종구대의 너비와 다른 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 사이에 위치하고 접지전극으로 기능하는 다수의 돌출전극을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 절연수단 각각에는 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각이 삽입되어 결합되는 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 기판안치수단과 대향하는 방향으로, 상기 다수의 플라즈마 소스전극과 상기 다수의 돌출전극은 동일 평면인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 돌출전극 각각의 두께는 상기 다수의 플라즈마 전극과 상기 다수의 절연수단 각각의 합인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 돌출전극 각각에 형성되고, 제 2 공정가스를 수용하는 제 2 수용공간, 상기 제 2 수용공간과 유체 연통되는 다수의 제 2 관통홀, 및 상기 다수의 제 2 관통홀과 유체 연통되고 플라즈마가 방전공간을 제공하는 매트릭스 형태의 제 2 방전부를 포함하는 다수의 제 2 가스분배수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 딸른 가스분배수단은, 공정챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 가스분배수단에 있어서, 제 1 면 및 제 2 면을 가지는 플레이트; 및 상기 플레이트에 형성되고, 상기 제 1 면에서 상기 제 2 면의 방향으로 연장되는 다수의 관통홀 및 상기 다수의 관통홀과 유체 연통되고 상기 제 2 면까지 연장되고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공하는 매트릭스 형태의 방전부를 포함하는 분사부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 다수의 관통홀은 다수의 제 1 관통홀, 상기 다수의 제 1 관통홀 각각과 유체 연통되는 다수의 제 2 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 공정챔버는 반응공간을 제공하기 위하여 챔버리드와 상기 챔버리드와 결합되는 챔버몸체로 구성되고, 상기 챔버리드와 상기 플레이트의 상기 제 1 면 사이에 설치되어 상기 다수의 제 1 관통홀과 유체 연통되고 상기 공정가스를 수용하는 수용공간을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 챔버리드를 관통하여 상기 수용공간과 연결되고 상기 수용공간에 상기 공정가스를 공급하는 가스공급관을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 다수의 제 1 관통홀의 직경은 상기 다수의 제 2 관통홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 방전부는, 상기 다수의 제 2 관통홀을 가로 방향으로 지나는 다수의 제 1 횡구대; 및 상기 다수의 제 2 관통홀을 세로 방향으로 지나는 다수의 제 1 종구대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 다수의 제 1 횡구대 및 제 1 종구대의 너비는 상기 다수의 제 2 관통홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 방전부는, 상기 다수의 제 1 횡구대 사이에 설치되고 상기 다수의 제 2 관통홀을 지나지 않은 다수의 제 2 횡구대; 및 상기 다수의 제 1 종구대 사이에 설치되고 상기 다수의 제 2 관통홀을 지나지 않는 다수의 제 2 종구대;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 다수의 제 1 횡구대 및 종구대의 너비는 상기 다수의 제 2 횡구대 및 종구대의 너비와 다른 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단에 있어서, 상기 다수의 제 2 횡구대 및 종구대의 너비는 상기 다수의 제 1 횡구대 및 종구대의 너비도 좁은 것을 특징으로 하는 가스분배수단.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스분배수단의 제조방법은, 제 1 면 및 제 2 면을 가지는 플레이트를 준비하는 단계; 상기 제 1 면에서 상기 제 2 면의 방향으로 연장되는 다수의 유입구를 형성하는 단계; 상기 다수의 제 1 관통홀 각각과 유체 연통되는 다수의 제 2 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 다수의 제 2 관통홀과 유체 연통되고 플라즈마 방전공간을 제공하는 매트릭스 형태의 방전부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 가스분배수단의 제조방법에 있어서, 상기 다수의 제 1 관통홀을 형성한 후, 상기 방전부를 형성하거나 또는 상기 방전부를 형성하고 상기 다수의 제 1 관통홀을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 가스분배수단에 매트릭스 형태를 가지는 방전부를 설치하여, 공정가스의 공급면적을 증가시키고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공하여, 기판안치수단 상에 공정가스를 균일하게 공급할 수 있다. 따라서, 균일한 플라즈마의 발생 및 공정가스의 공급은 균일한 기판처리를 가능하게 한다.
본 발명은 관통홀을 통하여 유입되는 공정가스에 대하여 매트릭스 형태의 방전부가 측면확산을 유도할 수 있기 때문에, 유입부 및 유입부와 연결되는 오리피스부의 개수를 종래기술과 비교하여 절반 수준으로 감소시킬 수 있다. 특히, 가공이 어려운 오리피스부의 개수를 종래기술과 비교하여 절반 정도로 줄일 수 있어, 가스분배수단의 가공에 소용되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래기술의 기판처리장치의 단면도
도 2는 종래기술의 가스분배수단에 대한 평면도
도 3은 종래기술의 가스분배수단에 대한 단면도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 단면도
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스분배수단의 절단 사시도
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스분배수단의 정면에서 바라본 평면도
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스분배수단의 배면에서 바라본 평면도
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 단면도
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버리드 하부의 평면도
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버리드 상부의 사시도
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 절연수단과 제 1 가스분배수단의 사시도
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 가스분배수단을 정면에서 바라본 평면도
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 가스분배수단을 배면에서 바라본 평면도
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 가스분배수단의 사시도
도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 가스분배수단을 정면에서 바라본 평면도
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 가스분배수단을 배면에서 바라본 평면도
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제 1 실시예
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치로서, 대표적으로 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)을 예시한다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 기판처리장치(110)는, 반응공간을 제공하는 공정챔버(112), 공정챔버(112) 내부에 설치되고 기판(114)이 안치되는 기판안치수단(116), 및 기판(114) 상에 공정가스를 공급하는 가스분배수단(118)을 포함하여 구성된다. 공정챔버(112)는 챔버리드(112a)와, 오링(O-ring)(도시하지 않음)을 개재하여 챔버리드(112a)와 결합하는 챔버몸체(112b)를 포함하여 구성된다.
기판처리장치(110)는 기판(114)의 주변부에 박막의 증착을 방지하기 위해 공정챔버(112) 내벽에 설치되는 에지 프레임(edge frame)(120), 챔버리드(112a)를 통하여 가스분배수단(118)에 공정가스를 인입하는 가스도입관(122), 기판(114)을 인입 또는 반출시키는 게이트 밸브(도시하지 않음) 및 반응공간의 반응가스를 배기시키는 배기포트(124)를 더욱 포함하여 구성된다.
에지 프레임(120)은 공정챔버(112)의 내벽에 거치되고, 기판안치수단(116)가 상승하여 공정위치에 있을 때, 기판(114)의 주변부를 차폐하여 기판(114)의 주변부에 박막이 형성되는 것을 방지한다. 배기포트(124)는 반응공간의 반응가스를 외부로 배출시키거나, 반응공간의 진공을 조절하는 기능을 한다. 배기포트(124)에는 진공펌프(도시하지 않음)가 연결된다.
가스분배수단(118)은 챔버리드(112a)와 전기적으로 연결된다. 챔버리드(112a)에는 RF전력을 공급하는 RF(radio frequency) 전원(126)이 연결되고, 기판안치수단(116)에는 접지선이 연결된다. 챔버리드(112a)와 RF 전원(126) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(130)가 설치된다. 따라서, 챔버리드(112a) 및 기판안치대(116) 각각은 플라즈마 상부 및 하부전극으로 기능하고, 반응공간에 공정가스가 공급되면, 플라즈마 상부 및 하부전극에 의해서 공정가스가 활성화 또는 이온화된다.
기판안치수단(114)에는 기판(114)을 승온시키기 위한 발열장치(heater)(126)가 내장된다. 그리고, 기판안치수단(114)의 배면에는 기판안치수단(114)를 승강시키기 위한 지지축(128)이 연결된다. 가스분배수단(118)은 챔버리드(112a)에 현가되고, 가스분배수단(118)과 챔버리드(112a) 사이에는 가스도입관(122)으로부터 인입되는 공정가스를 일시적으로 수용하는 수용공간(132)이 형성된다. 가스도입관(122)은 챔버리드(112a)의 중앙을 관통하여 설치된다. 수용공간(132)에서 가스도입관(122)과 대응되는 위치에 배플(도시하지 않음)이 설치되어 가스도입관(122)으로부터 도입되는 공정가스를 균일하게 확산시키는 기능을 한다.
가스분배수단(118)은, 플레이트(118a)와 플레이트(118a)를 관통하여 형성되는 분사부(134)를 포함하여 구성된다. 분사부(134)는 다수의 유입부(134a), 오리피스부(134b), 및 방전부(134c)를 포함하여 구성된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스분배수단의 절단 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스분배수단의 정면에서 바라본 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스분배수단의 배면에서 바라본 평면도이다.
도 5a를 참조하면, 가스분배수단(118)은 도 4의 수용공간(132)과 접하는 제 1 면과 도 4의 기판안치수단(116)과 대향하는 제 2 면을 가지는 플레이트(118a)를 포함한다. 플레이트(118a)는 기판안치대(114)와 동일한 형태인 사각형 또는 원형의 형상으로 제작된다.
분사부(134)는 플레이트(118a)의 제 1 면에서 제 2 면의 방향으로 연장되는 다수의 제 1 관통홀(134a)과, 다수의 제 1 관통홀(134a) 각각과 연통되는 다수의 제 2 관통홀(134b)을 포함하는 관통홀 및 다수의 제 2 관통홀(134b)과 연결되고 플레이트(118a)의 제 2 면까지 연장되는 매트릭스 형태의 방전부(134c)를 포함하여 구성된다.
가스도입관(122)으로부터 공급되는 공정가스가 수용공간(132)에 일시적으로 수용되고, 수용공간(132)의 공정가스가 다수의 유입부(134a)에 공급된다. 다수의 제 1 관통홀(134a)은 플레이트(118a)에 균일하게 분포한다. 다수의 제 2 관통홀부(134b)은 다수의 제 1 관통홀(134a) 각각과 유체 연통되고 다수의 제 2 관통홀(134a)보다 작은 직경을 가진다. 매트릭스 형태의 방전부(134c)는 다수의 제 2 관통홀(134b)와 연결되고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공한다.
도 5b는 도 5a와 다르게, 다수의 제 1 및 제 2 관통홀(134a, 134b)의 위치가 변경될 수 있다. 다시 말하면, 분사부(134)는 플레이트(118a)의 제 1 면에서 제 2 면의 방향으로 연장되는 다수의 제 2 관통홀(134a)과, 다수의 제 2 관통홀(134a) 각각과 연통되는 다수의 제 1 관통홀(134b)을 포함하는 관통홀 및 다수의 제 1 관통홀(134b)과 연결되고 플레이트(118a)의 제 2 면까지 연장되는 매트릭스 형태의 방전부(134c)를 포함하여 구성될 수 있다. .
도 6을 참조하면, 다수의 제 1 관통홀(134a)은 플레이트(118a)의 제 1 면에서 일정한 간격으로 균일하게 분포된다. 그리고, 다수의 제 1 관통홀(134a) 각각의 중심에는 다수의 제 2 관통홀(134b)이 연결된다. 도 6에서, 방전부(134c)의 다수의 제 1 횡구대 및 종구대(150a, 152a)와 다수의 제 2 횡구대 및 종구대(150b, 152b)는 점선으로 표시된다.
도 7을 참조하면, 방전부(134c)는 다수의 제 2 관통홀(134b)을 가로방향으로 지나는 다수의 제 1 횡구대(橫溝帶)(150a), 다수의 제 2 관통홀(134b)을 세로방향으로 지나는 다수의 제 1 종구대(縱溝帶)(152a), 다수의 제 1 횡구대(150a) 사이에 설치되는 다수의 제 2 횡구대(150b), 및 다수의 제 2 종구대(152b) 사이에 설치되는 다수의 제 2 종구대(152b)를 포함하여 구성된다.
다수의 제 1 횡구대(150a)와 제 1 종구대(152a)가 수직으로 교차하는 다수의 교차영역 각각에 다수의 제 2 관통홀(134b)이 위치한다. 다수의 제 1 횡구대(150a) 사이에 위치하는 다수의 제 2 횡구대(150b)는 다수의 제 1 및 제 2 종구대(152a, 152b)와 수직으로 교차한다. 그리고, 다수의 제 1 종구대(152a) 사이에 위치하는 다수의 제 2 종구대(152b)는 다수의 제 1 및 제 2 횡구대(150a, 150b)와 수직으로 교차한다. 따라서, 방전부(134c)는 매트릭스(matrix) 형태를 가진다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 방전부(134c)는 매트릭스 형태로 제한되지 않는다. 다수의 제 2 관통홀(134b)에서 공급되는 공정가스의 측면확산을 유도할 수 있는 다양한 형태로 방전부(134c)를 형성할 수 있다.
공정가스가 다수의 제 2 관통홀(134b)를 통하여 공급되면, 공정가스는 다수의 제 2 관통홀(134b)를 지나는 다수의 제 1 횡구대(150a) 및 다수의 제 1 종구대(152a)의 측면방향으로 확산된다. 그리고, 공정가스는 다수의 제 1 횡구대(150a) 및 제 1 종구대(152a)을 통하여 다수의 제 2 횡구대(150b) 및 제 2 종구대(152b)의 측면방향으로 확산된다. 다수의 제 1 및 제 2 횡구대(150a, 150b)와 다수의 제 1 및 제 2 종구대(152a, 152b)에 공급된 공정가스가 플라즈마 상태로 활성화되어 도 4의 기판안치수단(114)에 공급된다.
다수의 제 1 관통홀(134a) 각각의 높이 및 직경은 대략적으로 2 내지 4mm 및 2 내지 3mm로 형성한다. 다수의 제 2 관통홀(134b) 각각의 높이 및 직경은 대략적으로 10 내지 12mm 및 0.5mm로 형성한다. 방전부(134c)에서 다수의 제 1 및 제 2 횡구대(150a, 150b)와 다수의 제 1 및 제 2 종구대(152a, 152b)의 너비는 각각 대략적으로 3 내지 4mm정도로 형성한다. 필요에 따라, 다수의 제 1 횡구대(150a)와 제 1 종구대(152a)의 너비를 다수의 제 2 횡구대(150b) 및 제 1 횡구대(152b)의 너비를 다르게 형성할 수 있다. 다시 말하면, 다수의 제 2 관통홀(134c)에서 공급되는 공정가스의 측면 확산압력을 고려하여, 다수의 제 2 횡구대(150b) 및 제 1 횡구대(152b)의 너비를 다수의 제 1 횡구대(150a)와 제 1 종구대(152a)의 너비보다 크거나 작게 형성할 수 있다.
가스분배수단(118)을 형성하는 방법은, 제 1 면 및 제 2 면을 가지는 플레이트(118a)를 준비하는 제 1 단계, 플레이트(118a)의 제 1 면에 다수의 제 1 관통홀(134a)을 형성하는 제 2 단계, 다수의 제 1 관통홀(134a)과 유체 연통되는 다수의 제 2 관통홀(134b)을 형성하는 제 3 단계, 및 플레이트(118a)의 제 2 면에 다수의 제 2 관통홀(134b)과 유체 연통되는 매트릭스 형태의 방전부(134c)를 형성하는 제 4 단계를 포함하여 형성한다. 가스분배수단(118)을 형성하기 위하여, 필요에 따라 방전부(134c)를 제 1 단계로 형성하고, 다수의 제 1 관통홀(134a)을 제 3 단계로 형성할 수 있다.
도 4 내지 도 6에 따른 기판처리장치(110)에서, 가스분배수단(118)의 방전부(134c)가 매트릭스 형태로 설치되어 기판안치수단(116) 상에 공정가스를 공급할 수 있는 면적이 확대되어, 기판안치수단(116) 상에 공정가스가 균일하게 공급된다. 균일한 플라즈마의 발생 및 공정가스의 공급은 균일한 기판처리를 가능하게 한다. 다시 말하면, 종래기술과 비교하여, 가스분배수단(118)에서 방전부(134c)가 점유하는 면적이 증가되기 때문에, 방전부(134c)를 통해 공정가스가 기판안치수단(116)에 균일하게 공급될 수 있다.
그리고, 다수의 제 2 관통홀(134b)을 통해, 공정가스가 방전부(134c)에서 다수의 제 2 관통홀(134b) 각각의 측면방향으로 확산되기 때문에, 다수의 제 2 관통홀(134b) 및 다수의 제 2 관통홀(134b)과 연결되는 다수의 제 1 관통홀(134a)의 개수를 종래기술과 비교하여 절반 수준으로 감소시킬 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 가스분배수단(118)은 제 2 횡구대 및 종구대(150b, 152b)의 다수의 교차영역 각각에는 다수의 제 2 관통홀(134b)를 형성하기 않기 때문에, 다수의 제 1 관통홀(134a) 및 제 2 관통홀(134b)의 개수를 종래기술과 비교하여 절반으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 가스분배수단(118)의 가공이 종래기술과 비교하여 매우 용이하다.
그리고, 방전부(134c)는 공정가스가 제 1 횡구대 및 종구대(150a, 152a)에는 다수의 제 2 관통홀(134b)로부터 직접 공급되고, 제 2 횡구대 및 종구대(150b, 152b)에는 제 1 횡구대 및 종구대(150a, 152a)의 측면 확산에 의해 간접 공급되는 메카니즘을 가진다.
제 2 실시예
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 기판처리장치(210)는, 챔버리드(212a) 및 챔버몸체(212b)의 결합에 의해 반응공간이 제공하는 공정챔버(212), 공정챔버(212)의 내부와 대응되는 리드(212a)의 표면에 설치되는 다수의 플라즈마 소스전극(214), 다수의 플라즈마 소스전극(214) 사이의 챔버리드(212a)에 결합되고 플라즈마 접지전극으로 사용되는 다수의 돌출전극(270), 다수의 플라즈마 소스전극(214) 및 다수의 돌출전극(270) 각각에 형성되는 가스분배수단(218) 및 공정챔버(212) 내부에 설치되고 기판(264)이 안치되는 기판안치수단(216)을 포함하여 구성된다.
기판처리장치(210)는 가스분배수단(218)에 공정가스를 공급하는 가스공급관(272), 다수의 플라즈마 소스전극(214) 각각에 연결되는 피딩라인(260), 공정챔버(212)의 외부와 대응되는 챔버리드(212a)의 상부에 위치하고, 피딩라인(260)을 수용하기 위한 하우징(280), 기판(264)의 주변부에 박막의 증착을 방지하기 위해 공정챔버(212) 내벽에 설치되는 에지 프레임(edge frame)(220) 및 기판(264)을 인입 또는 반출시키는 게이트 밸브(도시하지 않음) 및 배기포트(224)를 더욱 포함하여 구성될 수 있다.
챔버리드(212a)와 챔버몸체(212b)는 오링(O-ring)(도시하지 않음)을 개재하여 결합된다. 가스분배수단(218)은 다수의 플라즈마 소스전극(214) 각각에 설치되는 다수의 제 1 가스분배수단(218a) 및 다수의 돌출전극(270) 각각에 설치되는 다수의 제 2 가스분배수단(218b)을 포함한다. 반응공간에 공정가스가 공급되면, 다수의 플라즈마 소스전극(214)과 기판안치수단(216) 사이에서 공정가스가 활성화 또는 이온화된다. 가스공급관(272)은 다수의 제 1 가스분배수단(218a)에 제 1 공정가스를 공급하는 제 1 가스도입관과 다수의 제 2 가스분배수단(218b)에 제 2 공정가스를 공급하는 제 2 가스도입관을 포함하며, 도면의 복잡성을 고려하여 제 1 가스도입관 만을 도시한다. 가스공급관(272)은 상세하게 후술한다.
다수의 플라즈마 소스전극(214)과 챔버리드(212a) 사이에는 다수의 절연수단(262)이 설치된다. 다수의 절연수단(262)은 다수의 플라즈마 소스전극(214)을 챔버리드(212a)와 절연시키고, 또한 다수의 플라즈마 소스전극(214)을 다수의 돌출전극(270)과 절연시킨다. 다수의 절연수단(262) 각각은 다수의 플라즈마 소스전극(214)과 챔버리드(212a)를 절연시키는 수평부(262a)와 다수의 플라즈마 소스전극(214)과 다수의 돌출전극(270)을 절연시키는 수직부(262b)를 포함하여 구성된다. 챔버리드(212a)와 다수의 절연수단(262)은 볼트와 같은 체결수단을 이용하여 결합되고, 유사하게, 다수의 절연수단(262) 각각과 다수의 플라즈마 전극(214)도 볼트와 같은 체결수단을 이용하여 결합된다.
다수의 플라즈마 소스전극(214) 각각에는 피딩라인(260)이 연결된다. 피딩라인(260)에 의해, 다수의 플라즈마 소스전극(214)은 RF전원(226)과 병렬로 연결되고, 다수의 플라즈마 소스전극(214)과 RF전원(226) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(230)가 설치된다. RF전원(226)은 플라즈마 발생효율이 좋은 20 내지 50 MHz 대역의 초고주파(very high frequency: VHF)을 사용할 수 있다. 피딩라인(260)은 챔버리드(212a)과 다수의 절연수단(262)을 관통하여 다수의 플라즈마 소스전극(214) 각각과 연결되는 다수의 서브 피딩라인(260a)과 다수의 서브 피딩라인(260a)을 RF전원(226)과 연결시키는 메인 피딩라인(260b)으로 구성된다.
챔버리드(212a)는 장방형 형태이고, 다수의 플라즈마 소스전극(214) 각각은 장축과 단축을 가진 스트라이프(stripe) 형태로 제작되고, 서로 동일한 간격으로 평행하게 이격된다. 다수의 서브 피딩라인(260a) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(214) 각각의 양단부에서 연결되거나 다수의 플라즈마 소스전극(214)의 중앙부에서 연결될 수 있다.
기판처리장치(210)에서 RF전원(226)이 인가되는 다수의 플라즈마 소스전극(214)에 대하여, 접지되는 챔버리드(212a), 챔버몸체(212b), 기판안치수단(216), 및 다수의 돌출전극(270)은 플라즈마 접지전극으로 사용된다. 챔버리드(212a), 챔버몸체(212b) 및 기판안치수단(216) 각각은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속재질을 사용하여 제작하고, 다수의 절연수단(262)은 산화알루미늄과 같은 세라믹 재질을 사용하여 제작한다.
에지 프레임(220)은 공정챔버(212)의 내벽에 거치되고, 기판안치수단(216)이 상승하여 공정위치에 있을 때, 기판(264)의 주변부를 차폐하여 기판(264)의 주변부에 박막이 형성되는 것을 방지한다. 배기포트(224)는 반응공간의 반응가스를 외부로 배출시키거나, 반응공간의 진공을 조절하는 기능을 한다. 배기포트(224)에는 진공펌프(도시하지 않음)가 연결된다.
기판안치수단(216)은 기판(264)이 안치되고 기판(264)보다 넓은 면적을 가지는 기판지지판(216a)과 기판지지판(216a)을 승하강시키는 지지축(216b)를 포함하여 구성된다. 기판지지판(216a)에는 기판(264)을 승온시키기 위한 발열장치(heater)(266)가 내장된다. 기판처리장치(210)에서, 기판안치수단(216)은 공정챔버(212)와 동일하게 접지된다. 그러나, 도면에서 도시하지 않았지만, 기판처리공정의 조건에 따라 기판안치수단(122)에 별도의 RF전원이 인가되거나, 전기적으로 부유(floating) 상태를 유지할 수 있다.
기판처리장치(210)에서, 정상파 효과를 방지하기 위하여, RF파의 파장과 비교하여 작은 크기를 가지는 다수의 플라즈마 소스전극(214)을 배열한다. 다수의 플라즈마 전극(214)에 의해, 정상파 효과를 방지하여, 반응공간에서 균일한 플라즈마 밀도를 유지할 수 있다.
기판처리장치(210)에서, RF전원(226)과 연결되는 피딩라인(260)에서 열이 발생되어 하우징(280)의 내부에 축적되기 때문에, 하우징(280)의 내부를 냉각시켜야 한다. 따라서, 하우징(280)의 측면에 다수의 통풍구(238)와 다수의 통풍구(238) 각각에 설치된 다수의 팬(도시하지 않음)을 포함하는 냉각장치를 설치한다. 다수의 통풍구(238) 및 팬을 포함한 냉각장치에 외에 다양한 방법으로 하우징(280)의 내부를 냉각시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버리드 하부의 평면도이다.
도 9는 도 8의 공정챔버(212)의 내부에서 바라본 챔버리드(212a)의 평면도이다, 도 9를 참조하면, 챔버리드(212a)의 외곽부에는 외곽절연수단(263)이 설치된다. 외곽절연수단(263)은 다수의 플라즈마 전극(214) 및 다수의 돌출전극(270)이 위치하는 중공을 포함한다. 챔버리드(212a)의 최외곽에서 외곽절연수단(263) 사이의 영역은 도 8의 챔버몸체(212b)와 결합되는 결합영역이다.
외곽절연수단(263)의 중공과 대응하는 챔버리드(212a)의 배면에는 다수의 절연수단(262)이 일정간격을 두고 배열된다. 다수의 절연수단(262) 각각은 도 8과 같이, 수평부(262a) 및 수직부(262b)에 의해 다수의 플라즈마 전극(214) 각각이 설치되는 삽입구를 제공한다. 다수의 플라즈마 전극(214) 각각이 다수의 절연수단(262)의 삽입구에 설치되어, 챔버리드(212a)와 전기적으로 절연된다.
다수의 절연수단(262) 사이에는 챔버리드(212a)와 전기적으로 연결되는 다수의 돌출전극(270)이 설치된다. 다수의 돌출전극(270)은 다수의 절연수단(262)의 수직부(262b)에 의해서 다수의 플라즈마 소스전극(214)과 전기적으로 절연된다. 다수의 플라즈마 전극(224)과 다수의 돌출전극(270)은 교번하여 배치된다. 외곽절연수단(263) 및 다수의 절연수단(262)으로 산화알루미늄과 같은 세라믹을 사용할 수 있다. 다수의 플라즈마 전극(214) 및 다수의 돌출전극(270)은 알루미늄과 같은 금속물질을 사용할 수 있다.
도 8의 기판안치수단(216)과 대향하는 다수의 플라즈마 전극(214) 및 다수의 돌출전극(270)은 동일한 평면으로 형성된다. 그리고, 상세한 설명은 후술하겠지만, 다수의 플라즈마 전극(214) 및 다수의 돌출전극(270)의 하부 각각에는 도 8의 제 1 및 제 2 가스분사수단(218a, 218b)의 제 1 방전부(232c) 및 제 2 방전부(332c)가 형성된다. 제 1 방전부(232c) 및 제 2 방전부(332c)는 제 1 및 제 2 공정가스를 분사하고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공한다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 챔버리드 상부의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 다수의 플라즈마 소스전극(214)의 중앙부는 다수의 서브 피딩라인(260a)과 병렬로 연결되고, 다수의 서브 피딩라인(260a)은 메인 피딩라인(260b)에 연결된다. 도 8에서 도시한 바와 같이, 메인 피딩라인(260b)은 RF전원(226)과 연결된다. 설명의 편의를 위하여 다수의 플라즈마 전극(214) 및 다수의 돌출전극(270)은 점선으로 표시한다.
가스공급관(272)은 다수의 플라즈마 소스전극(214)에 형성된 다수의 제 1 가스분배수단(218a)에 제 1 공정가스를 공급하는 제 1 가스공급관(272a)과, 다수의 돌출전극(270)에 형성된 다수의 제 2 가스분배수단(218b)에 제 2 공정가스를 공급하는 제 2 가스공급관(272b)을 포함한다.
다수의 제 1 가스분배수단(218a) 각각에 하나의 제 1 가스공급관(272a) 만을 연결할 수 있으나, 제 1 공정가스가 균일하게 공급되기 위하여 다수 설치할 수 있다. 동일하게, 다수의 제 2 가스분배수단(218b) 각각에 하나의 제 2 가스공급관(272b) 만을 설치할 수 있으나, 제 2 공정가스가 균일하게 공급되기 위하여 다수 설치할 수 있다.
다수의 플라즈마 소스전극(214) 각각과 대응되는 챔버리드(212a)의 상부에 위치한 제 1 가스공급관(272a)은 제 1 운송관(274a)을 통하여 제 1 소스부(276a)와 연결된다. 다수의 돌출전극(270)과 대응되는 챔버리드(212a)의 상부에 위치한 다수의 제 2 가스공급관(272b)은 제 2 운송관(274b)을 통하여 제 2 소스부(276b)와 연결된다. 제 1 및 제 2 운송관(274a, 274b) 각각은 도 8에서 도시된 하우징(280)의 밀폐공간에서 제 1 가스공급관(274a, 274b)와 연결되고, 하우징(280)의 측면을 관통하여 제 1 및 제 2 소스부(276a, 276b)와 연결된다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 절연수단과 제 1 가스분배수단의 사시도이고, 도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 가스분배수단을 정면에서 바라본 평면도이고, 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 가스분배수단을 배면에서 바라본 평면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 플라즈마 소스전극(214)은 절연수단(262)과 면접하는 제 1 면과 도 8의 기판안치수단(216)과 대향하는 제 2 면으로 구성된다. 플라즈마 소스전극(214)에 설치된 제 1 가스분배수단(218a)은, 도 10의 제 1 가스공급관(274a)에서 제 1 공정가스를 인입되어 수용되는 제 1 수용공간(232a), 제 1 수용공간(232a)의 저면에 균일하게 배열된 다수의 제 1 관통홀(232b), 및 다수의 제 1 관통홀(232b)과 유체 연통되고 매트릭스 형태로 제작되는 제 1 방전부(232c)를 포함하여 구성된다. 제 1 수용공간(232a)에서 도 10의 제 1 가스공급관(272a)과 대응되는 위치에 배플(도시하지 않음)이 설치되어 제 1 가스공급관(274a)으로부터 도입되는 제 1 공정가스를 균일하게 확산시키는 기능을 한다
제 1 수용공간(232a)은 플라즈마 소스전극(214)의 제 1 면에서 굴삭된 함몰부 형태로 제작된다. 도 11 및 도 12에서는 플라즈마 소스전극(214)의 중앙부분에 도 8의 서브 피딩라인(260b)과 연결되는 연결영역(290)이 형성되는 것을 도시한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 플러즈마 소스전극(214)의 양단부에서 서브 피딩라인(260b)와 연결될 수 있다. 플라즈마 소스전극(214)의 중앙부분에 연결영역(290)이 형성되어 제 1 수용공간(232a)는 2 개로 구분된다.
제 1 수용공간(232a)의 저면에는 제 1 방전부(232c)의 너비보다 작은 직경을 가지는 다수의 제 1 관통홀(232b)이 형성된다. 제 1 수용공간(232a)에는 제 1 가스공급관(274a)로부터 제 1 공정가스가 유입되고, 제 1 방전부(232c)는 다수의 제 1 관통홀(232b)과 연결되고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공한다. 다수의 관통홀(232b)은 플라즈마 소스전극(214)의 너비에 따라 일렬 또는 다수 열로 형성될 수 있다. 본 발명의 제 2 실시예에서는 일렬을 기준으로 설명한다.
도 13은 플라즈마 소스전극(214)의 길이방향으로 평행하게 일렬로 형성된 다수의 제 1 관통홀(232b)을 도시한다. 도 12를 참조하면, 제 1 방전부(232c)는 다수의 제 1 관통홀(232b)을 가로방향으로 지나는 제 1 횡구대(橫溝帶)(250a), 다수의 제 1 관통홀(232b)을 세로방향으로 지나는 다수의 제 1 종구대(縱溝帶)(252a), 제 1 횡구대(250a)를 사이에 두고 설치되는 다수의 제 2 횡구대(250b), 및 다수의 제 2 종구대(252b) 사이에 설치되는 다수의 제 2 종구대(252b)를 포함하여 구성된다.
제 1 횡구대(250a)와 다수의 제 1 종구대(252a)가 수직으로 교차하는 다수의 교차영역 각각에 다수의 관통홀(232b)이 위치한다. 다수의 제 2 횡구대(250b) 및 다수의 제 2 종구대(252b)가 수직으로 교차하는 다수의 교차영역에는 다수의 관통홀(232b)이 위치하지 않는다. 제 1 횡구대(250a)를 사이에 위치하는 다수의 제 2 횡구대(250b)는 제 1 및 제 2 종구대(252a, 252b)와 수직으로 교차한다. 그리고, 다수의 제 1 종구대(252a) 사이에 위치하는 다수의 제 2 종구대(252b)는 제 1 횡구대(250a) 및 다수의 제 2 횡구대(250b)와 수직으로 교차한다. 따라서, 제 1 방전부(232c)는 매트릭스(matrix) 형태를 가진다.
제 1 공정가스가 다수의 제 1 관통홀(232b)을 통하여 공급되면, 제 1 공정가스는 다수의 제 1 관통홀(232b)을 지나는 제 1 횡구대(250a) 및 다수의 제 1 종구대(252a)로 측면확산된다. 그리고, 제 1 공정가스는 제 1 횡구대(250a) 및 다수의 제 1 종구대(252a)을 통하여 다수의 제 2 횡구대(250b) 및 제 2 종구대(252b)로 측면확산된다. 제 1 및 제 2 횡구대(250a, 250b)와 제 1 및 제 2 종구대(252a, 252b)에 공급된 제 1 공정가스가 플라즈마 상태로 활성화되어 도 8의 기판안치수단(216)에 공급된다.
플라즈마 소스전극(214)의 전체 두께를 15mm로 설정하는 경우, 제 1 수용공간(232a)의 높이는 대략적으로 5mm, 제 1 관통홀(232b)의 높이는 대략적으로 3mm, 제 1 방전부(232c)의 높이는 대략적으로 7mm 정도로 형성한다. 제 1 관통홀(232b)의 직경은 0.5mm정도이다, 제 1 방전부(232c)에서 제 1 및 제 2 횡구대(250a, 250b)와 제 1 및 제 2 종구대(252a, 252b)의 너비는 각각 대략적으로 3 내지 4mm정도로 형성한다. 필요에 따라, 제 1 횡구대(250a)와 제 1 종구대(252a)의 너비를 제 2 횡구대(250b) 및 제 2 횡구대(252b)의 너비를 다르게 형성할 수 있다. 다시 말하면, 제 2 관통홀(232c)에서 공급되는 제 1 공정가스의 확산압력을 고려하여, 제 2 종구대(250a) 및 제 2 횡구대(252b)의 너비를 제 1 횡구대(250a)와 제 1 종구대(252a)의 너비보다 작게 형성할 수 있다.
제 1 가스분배수단(218a)을 형성하는 방법은, 제 1 면 및 제 2 면을 가지는 플라즈마 소스전극(214)를 준비하는 제 1 단계, 플라즈마 소스전극(214)의 제 1 면에 제 1 수용공간(232a)를 형성하는 제 2 단계, 제 1 수용공간(232a)의 저면에 제 1 수용공간과 유체 연통되는 다수의 제 1 관통홀(232b)을 형성하는 제 3 단계, 및 플라즈마 소스전극(214)의 제 2 면에 다수의 제 1 관통홀(232b)과 유체 연통되는 매트릭스 형태의 제 1 방전부(232c)를 형성하는 제 4 단계를 포함하여 형성한다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 가스분배수단의 사시도이고, 도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 가스분배수단을 정면에서 바라본 평면도이고, 도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 가스분배수단을 배면에서 바라본 평면도이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 제 2 가스분배수단(218b)이 형성되는 돌출전극(270)은 도 8의 챔버리드(212a)와 면접하는 제 1 면과 도 8의 기판안치수단(216)과 대향하는 제 2 면으로 구성된다. 제 2 가스분배수단(218b)은 제 2 공정가스가 도 10의 제 2 가스공급관(274b)으로부터 인입되어 일시적으로 수용되는 제 2 수용공간(332a), 제 2 수용공간(332a)의 저면에 균일하게 배열된 다수의 제 2 관통홀(332b), 및 다수의 제 2 관통홀(332b)과 유체 연통되고 매트릭스 형태로 제작되는 제 2 방전부(332c)를 포함하여 구성된다. 제 2 수용공간(332a)에서 도 10의 제 2 가스공급관(272b)과 대응되는 위치에 배플(도시하지 않음)이 설치되어 제 2 가스공급관(274b)으로부터 도입되는 제 2 공정가스를 균일하게 확산시키는 기능을 한다.
제 2 수용공간(332a)은 돌출전극(270)의 제 1 면에서 굴삭된 함몰부 형태로 제작된다. 도 14 및 도 15에서 제 2 수용공간(332a)이 2 개로 구분되는 것으로 도시되지만, 필요에 따라 하나 또는 다수로 구분될 수 있다. 제 2 수용공간(332a)의 저면에는 제 2 방전부(332c)의 너비보다 작은 직경을 가지는 다수의 제 2 관통홀(332b)이 형성된다. 제 2 수용공간(332a)에는 제 2 가스공급관(274b)로부터 제 2 공정가스가 유입되고, 제 2 방전부(332c)는 다수의 제 2 관통홀(332b)과 연결되고 플라즈마가 방전되는 공간을 제공한다. 다수의 제 2 관통홀(332b)은 돌출전극(270)의 너비에 따라 일렬 또는 다수 열로 형성될 수 있다.
도 14 내지 도 16은 돌출전극(270)의 길이방향으로 평행하게 일렬로 형성된 다수의 제 2 관통홀(332b)을 도시한다. 도 16을 참조하면, 제 2 방전부(332c)는 다수의 제 2 관통홀(332b)을 가로방향으로 지나는 제 3 횡구대(橫溝帶)(350a), 다수의 제 2 관통홀(332b)을 세로방향으로 지나는 다수의 제 3 종구대(縱溝帶)(352a), 제 3 횡구대(350a)를 사이에 두고 설치되는 다수의 제 4 횡구대(350b), 및 다수의 제 3 종구대(352b) 사이에 설치되는 다수의 제 4 종구대(352b)를 포함하여 구성된다.
제 3 횡구대(350a)와 다수의 제 3 종구대(352a)가 수직으로 교차하는 다수의 교차영역 각각에 다수의 제 2 관통홀(332b)이 위치한다. 다수의 제 4 횡구대(350b) 및 다수의 제 4 종구대(352b)가 수직으로 교차하는 다수의 교차영역에는 다수의 관통홀(332b)이 위치하지 않는다. 제 3 횡구대(350a)를 사이에 위치하는 다수의 제 4 횡구대(350b)는 제 3 및 제 4 종구대(352a, 352b)와 수직으로 교차한다. 그리고, 다수의 제 3 종구대(352a) 사이에 위치하는 다수의 제 4 종구대(352b)는 제 3 횡구대(350a) 및 다수의 제 4 횡구대(350b)와 수직으로 교차한다. 따라서, 제 2 방전부(332c)는 매트릭스(matrix) 형태를 가진다.
제 2 공정가스가 다수의 제 2 관통홀(332b)을 통하여 공급되면, 제 2 공정가스는 다수의 제 2 관통홀(332b)을 지나는 제 3 횡구대(350a) 및 다수의 제 3 종구대(352a)로 측면확산된다. 그리고, 제 2 공정가스는 제 3 횡구대(350a) 및 다수의 제 3 종구대(352a)을 통하여 다수의 제 4 횡구대(350b) 및 제 4 종구대(252b)로 측면확산된다. 제 3 및 제 4 횡구대(350a, 350b)와 제 3 및 제 4 종구대(352a, 352b)에 공급된 제 2 공정가스가 플라즈마 상태로 활성화되어 도 8의 기판안치수단(216)에 공급된다.
돌출전극(270)의 두께는 플라즈마 소스전극(214)의 두께보다 두껍게 형성된다. 플라즈마 소스전극(214)과 도 8의 챔버리드(212a) 사이에 절연수단(262)이 개재된다. 따라서, 돌출전극(270)과 플라즈마 소스전극(214)가 동일 평면을 유지하기 위하여, 돌출전극(270)은 절연수단(262)의 수평부(262a)의 두께만큼 두꺼워 진다.
절연수단(262)의 수평부(262a)를 5mm 정도이면, 돌출전극(270)의 전체 두께를 20mm로 설계될 수 있다. 돌출전극(270)의 전체두께가 20mm로 설정하는 경우, 제 2 수용공간(332a)의 높이는 대략적으로 10mm, 제 2 관통홀(332b)의 높이는 대략적으로 3mm, 제 2 방전부(332c)의 높이는 대략적으로 7mm 정도로 형성한다. 제 2 관통홀(332b)의 직경은 0.5mm정도이다, 제 2 방전부(332c)에서 제 3 및 제 4 횡구대(350a, 350b)와 제 3 및 제 4 종구대(352a, 352b)의 너비는 각각 대략적으로 3 내지 4mm정도로 형성한다. 필요에 따라, 제 3 횡구대(350a)와 제 3 종구대(352a)의 너비를 제 4 횡구대(350b) 및 제 4 횡구대(352b)의 너비를 다르게 형성할 수 있다. 다시 말하면, 제 2 관통홀(332c)에서 공급되는 제 2 공정가스의 확산압력을 고려하여, 제 4 종구대(350a) 및 제 4 횡구대(352b)의 너비를 제 3 횡구대(350a)와 제 3 종구대(352a)의 너비보다 작게 형성할 수 있다.
그리고, 제 2 가스분배수단(218b)을 형성하는 방법은, 제 2 가스분배수단(218a)의 형성방법과 동일하다.
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.

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  10. 챔버리드 및 챔버몸체의 결합에 의해 반응공간을 제공하는 공정챔버;
    상기 반응공간에 대응되는 상기 챔버리드와 결합되는 다수의 플라즈마 소스전극;
    상기 챔버리드와 상기 다수의 플라즈마 소스전극 사이에 설치되는 다수의 절연수단;
    상기 챔버리드에 결합하며, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 및 상기 다수의 절연수단 사이에 위치하고 접지전극으로 기능하는 다수의 돌출전극;
    상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각에 형성되고, 제 1 공정가스를 수용하는 제 1 수용공간, 상기 제 1 수용공간과 유체 연통되는 다수의 제 1 관통홀, 및 상기 다수의 제 1 관통홀과 유체 연통되고 플라즈마 방전공간을 제공하는 매트릭스 형태의 제 1 방전부를 포함하는 다수의 제 1 가스분배수단;
    상기 다수의 돌출전극 각각에 형성되고, 제 2 공정가스를 수용하는 제 2 수용공간, 상기 제 2 수용공간과 유체 연통되는 다수의 제 2 관통홀, 및 상기 다수의 제 2 관통홀과 유체 연통되고 플라즈마가 방전공간을 제공하는 매트릭스 형태의 제 2 방전부를 포함하는 다수의 제 2 가스분배수단; 및
    상기 공정챔버 내부에 설치되고 상기 다수의 플라즈마 소스전극과 대향하며 기판이 안치되는 기판안치수단;
    을 포함하고,
    상기 제 1 공정가스는 상기 챔버리드 및 상기 절연수단을 관통하여 상기 플라즈마 소스전극에 공급되고, 상기 제 2 공정가스는 상기 챔버리드를 관통하여 상기 돌출전극에 공급되는 기판처리장치.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각은 제 1 면과 제 2 면을 포함하고, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각의 상기 제 1 면은 상기 다수의 절연수단과 면접하고, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각의 상기 제 2 면은 상기 기판안치수단과 대향하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 방전부는,
    상기 다수의 제 1 관통홀을 가로 방향으로 지나는 다수의 제 1 횡구대; 및
    상기 다수의 제 1 관통홀을 세로 방향으로 지나는 다수의 제 1 종구대;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 방전부는,
    상기 다수의 제 1 횡구대 사이에 설치되고 상기 다수의 제 1 관통홀을 지나지 않은 다수의 제 2 횡구대; 및
    상기 다수의 제 1 종구대 사이에 설치되고 상기 다수의 제 1 관통홀을 지나지 않는 다수의 제 2 종구대;
    를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 삭제
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 절연수단 각각에는 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각이 삽입되어 결합되는 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판안치수단과 대향하는 방향으로, 상기 다수의 플라즈마 소스전극과 상기 다수의 돌출전극은 동일 평면인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 돌출전극 각각의 두께는 상기 다수의 플라즈마 전극과 상기 다수의 절연수단 각각의 합인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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