KR102046391B1 - 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 and a substrate processing method using the same, which are capable of increasing the deposition uniformity of a thin film deposited on a substrate by spatially separating the source gas and the reactive gas and spraying the substrate. The apparatus includes a process chamber; A substrate support part installed in the process chamber to support a plurality of substrates and rotating in a predetermined direction; A chamber lid covering an upper portion of the process chamber to face the substrate support; And a gas injection unit having a plurality of gas injection modules inserted into the chamber lid at regular intervals and injecting different first and second gases onto a substrate, wherein each of the plurality of gas injection modules includes the first gas. A first gas injection space for spraying; 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.BACKGROUND OF THE
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.In general, in order to manufacture a solar cell, a semiconductor device, a flat panel display, a predetermined thin film layer, a thin film circuit pattern, or an optical pattern should be formed on a surface of a substrate. Semiconductor manufacturing processes such as a thin film deposition process, a photo process for selectively exposing the thin film using a photosensitive material, and an etching process for forming a pattern by removing the thin film of the selectively 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 in an optimal environment for the process, and in recent years, many substrate processing apparatuses that perform deposition or etching processes using plasma are 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.The substrate processing apparatus using plasma includes a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) apparatus for forming a thin film using plasma, a plasma etching apparatus for etching and patterning a thin film.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating 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.
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.In addition, 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 the substrate W into the
그러나, 일반적인 기판 처리 장치는 상기 소스 가스가 분사되는 공간과 상기 플라즈마가 형성되는 공간이 동일하기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.However, the general 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, there is a difficulty in making the density of the plasma formed on the substrate uniform, 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 to all regions on the substrate, the use efficiency 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, a thin film material is deposited at the gas injection hole of the gas injection means, and the particles may cause process defects.
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.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a substrate processing apparatus and a substrate processing method using the same, in which the source gas and the reactive gas are spatially separated and sprayed onto the substrate to increase the deposition uniformity of the thin film deposited on the substrate. It is technical problem 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.In addition, another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method using the same to increase the use efficiency of the source gas and to minimize the deposition of the thin film material on the gas injection hole.
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.The substrate processing apparatus according to the present invention for achieving the above technical problem is a process chamber; A substrate support part installed in the process chamber to support a plurality of substrates and rotating in a predetermined direction; A chamber lid covering an upper portion of the process chamber to face the substrate support; And a gas injection unit having a plurality of gas injection modules inserted into the chamber lid at regular intervals and injecting different first and second gases onto a substrate, wherein each of the plurality of gas injection modules includes the first gas. A first gas injection space for spraying; 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 inject 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 may include: a ground electrode frame having the first and second gas injection spaces spaced apart from each other; And a plasma electrode inserted into the first gas injection space to electrically insulate the ground electrode frame, thereby generating a plasma in the first gas injection space to activate the first gas. The second gas, which is installed or integrated in the ground electrode frame to cover the lower surface of the second gas injection space and is supplied to the second gas injection space, is injected 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 a plasma to supply the second 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 inject 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 may include: a ground electrode frame having the first and second gas injection spaces spaced apart from each other; A first plasma electrode inserted into the first gas injection space so as to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate a plasma in the first gas injection space to activate the first gas; And a second plasma electrode inserted into the second gas injection space so as to be electrically insulated from the ground electrode frame to generate a plasma in the second gas injection space to activate the second gas. The member is installed or integrated in the ground electrode frame 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 holes formed to communicate with the second gas injection space to 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.The injection amount of the second gas injected onto the substrate through the gas hole pattern member is gradually increased from the inside of the gas injection module adjacent to the center of the substrate support to the outside of the gas injection module adjacent to the edge of the substrate support. Can increase.
상기 제 2 가스의 분사량은 상기 제 1 가스의 분사량보다 적은 것을 특징으로 한다.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 another aspect of the present invention, there is provided a substrate processing method comprising: seating a plurality of substrates at regular intervals on a substrate support installed in a process chamber; Rotating the substrate support on which the plurality of substrates are seated; And injecting different first and second gases onto the substrate through the first and second gas injection spaces, which are spatially separated from each of the plurality of gas injection modules disposed at regular intervals on the substrate support. In the step of injecting the first and second gas on the substrate, the second gas is a gas hole pattern member provided in the second gas injection space is the first gas to the second gas injection space It can 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 injected 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.Injecting the first and second gases onto the substrate may include activating the second gas using a plasma and supplying the 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 injected 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 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 injection amount of the second gas injected onto the substrate through the plurality of gas injection holes increases from the inside of each gas injection module adjacent to the center of the substrate support toward the outside of the gas injection module adjacent to the edge of the substrate support. 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 reaction gas for forming a thin film on the substrate by reacting with a second gas injected onto 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 a purge gas for purging the first and second gases and a 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 the above solution, the substrate processing apparatus and the substrate processing method according to the present invention inject the second gas and the first gas through each of the plurality of gas injection modules arranged to spatially divide the reaction space to each substrate. By depositing the thin film, the deposition uniformity, deposition rate and deposition efficiency of the thin film can be improved, and the film quality of the thin film can be easily controlled. The gas hole pattern member of each gas injection module can be used to increase the use efficiency of the source gas and the thin film material. It is possible to minimize deposition on the gas injection hole and the gas injection space.
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 diagram schematically illustrating a general substrate processing apparatus.
2 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view conceptually illustrating a plurality of gas injection modules disposed in the substrate support illustrated in FIG. 2.
4 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of a plurality of gas injection modules illustrated in FIG. 2.
FIG. 5 is a plan view illustrating the gas hole pattern member illustrated in FIG. 4.
FIG. 6 is a plan view illustrating another embodiment of the gas hole pattern member illustrated in FIG. 4.
7 is a cross-sectional view illustrating another exemplary embodiment of the plurality of gas injection modules illustrated in FIG. 2.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a plurality of gas injection modules illustrated in FIG. 2 as a diagram for describing a substrate processing apparatus according to another exemplary embodiment.
9 is a view for explaining a modification of the second gas injected from each gas injection module of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating the size of silicon particles formed by a silicon-based source gas and the size of silicon particles formed by the dopant gas and a silicon-based source gas.
11 is a view for explaining another 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.
12 is a view for explaining another 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.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying 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 diagram schematically illustrating a substrate processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating a plurality of gas injection modules disposed in the substrate support illustrated in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram of FIG. 2. A cross-sectional view illustrating 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.In FIG. 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
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), titanium group elements (Ti, Zr, Hf, etc.), or aluminum (Al). For example, the source gas containing a thin film of silicon (Si) may be Tetraethylorthosilicate (TEOS), Dichlorosilane (DCS), Hexachlorosilane (HCD), Tri-dimethylaminosilane (TriDMAS), Trisilylamine (TSA), 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 made of a reactive gas RG that reacts with the above-described source gas SG so that the thin film material contained in the source gas SG is deposited on the substrate W. For example, the reaction gas RG may include at least one kind of gas selected from 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 ground
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.In the above description of 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.Meanwhile, 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 gas injection holes 232 are formed in a hole pattern shape so as to communicate with the second gas injection space S2 through which the second gas G2 is diffused, thereby converting the second gas G2 into the first gas. Down injection is performed toward the substrate to have a second pressure higher than the injection pressure of (G1). In this case, since the second gas G2 is injected through the 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.As shown in FIG. 5A, the plurality of second gas injection holes 232 according to an embodiment may be disposed in a lattice form at regular intervals, or as shown in FIG. 5B. Likewise, it may be arranged in a staggered form along the longitudinal direction of the gas injection module.
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.As illustrated in FIG. 6, the plurality of second gas injection holes 232 according to another embodiment may include the second gas G2 injected to the substrate W based on the angular velocity according to the rotation of the
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.As an example, as shown in FIG. 6A, the intervals i1, i2, i3, i4, between the adjacent second gas injection holes 232 formed along the length (or long side) direction of each gas injection module. i5) may decrease from the
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.As another example, as shown in FIG. 6B, the number of the second gas injection holes 232 formed along the length (or long side) direction of each gas injection module is equal to the
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.As another example, as shown in (c) of FIG. 6, the diameters d1, d2, d3, d4, of the second gas injection holes 232 formed along the length (or long side) direction of each gas injection module. d5) may increase from the
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. 6D, the second gas injection holes 232 are formed in a slit form parallel to the short side direction of each gas injection module, and the length of each gas injection module is different. The lengths of the second gas injection holes 232 formed along the (or long side) direction may increase from the
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 source 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.As such, 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.7 is a cross-sectional view illustrating another exemplary embodiment of the plurality of gas injection modules illustrated in FIG. 2.
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 and FIG. 2, each of 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.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.As described above, 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.As described above, the substrate processing apparatus and the substrate processing method using the same according to another embodiment of the present invention including 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 same according to another embodiment of the present invention as described above are activated by each of 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 illustrated in FIG. 2 as a diagram for describing a substrate processing apparatus according to still another exemplary embodiment.
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.8, the substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention may include 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 (not shown), 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.As described above, the substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention activates the second gas G2 by 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 same according to another embodiment of the present invention as described above are activated by each of the 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.As described above, in the substrate processing apparatus according to the embodiments of the present invention, the thin film material is deposited on the substrate using the first and second gases G1 and G2, that is, the reaction gas RG and the source gas SG. Although not limited thereto, a thin film material may be deposited on a substrate using the mixed gas obtained by mixing the above-described source gas SG and another gas and the reaction 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.For example, as illustrated in FIG. 9, the above-described second gas G2 may include at least one kind of gas PG, which is a purge gas PG and a dopant gas DG. DG) and the source gas SG may be mixed gases SG + PG, SG + DG, and SG + DG + PG. In this case, the purge gas PG is used to purge the source gas remaining without being deposited on the substrate W and / or the remaining source gas without reacting with the reactive gas, and include nitrogen (N 2), argon (Ar), and xenon ( 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. In this case, the dopant gas DG may be formed by mixing any one kind of gas among C2H4 and NH3 and one kind of gas among PH3 and B2H6.
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.In the case of depositing a thin film material on a substrate using the mixed gas (SG + PG) and the reactive gas (RG) in which the source gas (SG) and the purge gas (PG) are mixed, the purge gas (PG) The film quality of the thin film material is improved by removing source gas remaining without being deposited on the substrate W and / or 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 and the reaction gas RG in which the source gas SG and the dopant gas DG are mixed may be used in a thin film deposition process of forming a polysilicon thin film on a substrate. In this case, the composition ratio of each of the source gas SG and the dopant gas DG with respect to the reaction gas RG may be variously set according to the film quality, particle size, and conductivity characteristics of the polysilicon thin film. In this case, when the polysilicon thin film is formed as a capping layer, the composition ratio of the dopant gas DG is set such that the doping concentration of the dopant doped into the polysilicon thin film is high. In addition, when forming the nano polysilicon 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 may be formed on a substrate by using a dopant gas (DG) including any one of C 2 H 4 and NH 3 and a second gas (G 2) mixed with a silicon-based source gas (SG). When formed, C or N of the dopant gas DG interferes with the growth of the silicon particles, thereby reducing the size of the silicon particles.
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.FIG. 10 is a diagram illustrating the size of silicon particles formed by silicon source gas SG and the size of silicon particles formed by the dopant gas DG and silicon 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.As shown in FIG. 10A, the size of the silicon particles formed by the silicon source gas SG is determined by the dopant gas DG and the silicon source gas SG as shown in FIG. 10B. It can be seen that larger than the silicon particles formed. Therefore, when the polysilicon thin film is formed using the second gas G2 in which the source gas and the dopant gas are mixed, the size of the silicon particles may be reduced.
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.Meanwhile, the substrate processing apparatus and the substrate processing method using the same according to the above embodiments have been described in that each of 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.For example, as illustrated in FIG. 11, some of 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.As another example, as illustrated in FIG. 12, some of 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.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, it is to be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in 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 support 130: gas injection unit
130a: first
130c: third
140: plasma power supply 210: ground electrode frame
230: gas hole pattern member 250: plasma electrode
Claims (7)
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,
제 1 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 공간과 제 2 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 공간을 제공하는 접지 전극 프레임;
상기 접지 전극 프레임에 형성되어 상기 제 1 가스를 상기 제 1 가스 분사 공간에 공급하는 제 1 가스 공급 홀;
상기 제 1 가스 공급 홀과 연통되고, 상기 제 1 가스를 기판 쪽으로 하향 분사하는 별도의 가스 분사 홀 패턴 없이 하면이 개구된 제 1 가스 분사구;
상기 접지 전극 프레임에 형성되어 상기 제 2 가스를 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급하는 제 2 가스 공급 홀; 및
상기 접지 전극 프레임 하면에 형성되며 상기 제 2 가스를 기판 쪽으로 하향 분사하는 제 2 가스 분사구를 포함하며,
상기 제 2 가스의 분사 압력은 상기 제 1 가스의 분사 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.Process chambers;
A substrate support part installed in the process chamber to support a plurality of substrates and rotating in a predetermined direction;
A chamber lid covering an upper portion of the process chamber to face the substrate support; And
Is inserted into the chamber lid at regular intervals and includes a gas injection unit having a plurality of gas injection module for injecting different first and second gas on the substrate,
Each of the plurality of gas injection modules,
A ground electrode frame providing a first gas injection space for injecting a first gas and a second gas injection space for injecting a second gas;
A first gas supply hole formed in the ground electrode frame to supply the first gas to the first gas injection space;
A first gas injection hole communicating with the first gas supply hole and having a bottom surface opened without a separate gas injection hole pattern for injecting the first gas downward toward the substrate;
A second gas supply hole formed in the ground electrode frame to supply the second gas to the second gas injection space; And
A second gas injection hole formed on a bottom surface of the ground electrode frame and injecting the second gas downward toward a substrate;
The injection pressure of the second gas is higher than the injection pressure of the first gas substrate processing apparatus.
상기 제 1 가스 공급 홀은 상기 접지 전극 프레임을 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
And the first gas supply hole is formed through the ground electrode frame.
상기 제 2 가스 공급 홀은 상기 접지 전극 프레임을 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
And the second gas supply hole is formed through the ground electrode frame.
상기 제 2 가스 분사구는 상기 접지 전극 프레임 하면에 설치된 가스 홀 패턴 부재에 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
And the second gas injection hole is formed in a gas hole pattern member provided on a bottom surface of the ground electrode frame.
상기 접지 전극 프레임은,
상면 플레이트;
상기 상면 플레이트의 가장자리 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 하측으로 돌출된 접지 측벽들;
상기 상면 플레이트의 중앙 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 하측으로 돌출되어 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간을 형성하는 접지 격벽 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The ground electrode frame,
Top plate;
Ground sidewalls protruding downward to have a predetermined height from a lower surface of an edge of the upper plate;
And a ground partition member protruding downward from the central lower surface of the upper plate to have a predetermined height to form the first and second gas injection spaces.
상기 기판 지지부의 중심측과 인접한 기판의 내측 영역에서 상기 기판 지지부의 가장자리와 인접한 기판의 외측 영역으로 갈수록 기판으로 분사되는 상기 제 2 가스의 양은 점점 증가하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
And the amount of the second gas injected into the substrate gradually increases from the inner region of the substrate adjacent to the center side of the substrate support to the outer region of the substrate adjacent to the edge of the substrate support.
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