KR102079150B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 공정시 가스 분사 홀의 형상에 대응되는 패턴이 기판에 전사되는 것을 방지하면서 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지 수단; 상기 기판 지지 수단에 마주보는 상기 챔버 리드의 하면에 결합되어 외부로부터 개별적으로 공급되는 제 1 및 제 2 가스를 상기 기판 상에 분사하는 가스 분사 수단을 포함하여 구성되고, 상기 가스 분사 수단은 서로 수직한 제 1 및 제 2 방향 중 제 1 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되어 기판 상에 상기 제 1 가스를 분사하는 복수의 제 1 가스 분사 홀; 및 상기 제 2 방향을 기준으로 인접한 제 1 가스 분사 홀들 사이사이에 배치되면서 상기 제 1 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되어 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀 각각에서 분사되는 제 1 가스의 주변에 상기 제 2 가스를 분사하는 복수의 제 2 가스 분사 홀을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 기판에 증착되는 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 평판 디스플레이, 반도체 소자, 태양전지(Solar Cell) 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.
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.
도 1은 종래의 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기판 처리 장치는 챔버(10), 챔버 리드(chamber lid; 20), 기판 지지 수단(30), 및 가스 분사 수단(40)을 구비한다.
챔버(10)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간을 제공한다. 이때, 챔버(10)의 일측 바닥면은 반응 공간을 배기시키기 위한 배기구(12)에 연통된다.
챔버 리드(20)는 반응 공간을 밀폐하도록 챔버(10)의 상부에 설치되는 것으로, 전원 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(22)에 연결된다.
또한, 챔버 리드(20)의 중앙 부분은 기판 처리 공정을 위한 공정 가스를 공급하는 가스 공급관(24)에 연통된다.
기판 지지 수단(30)은 챔버(10)의 내부에 설치되어 외부로부터 로딩되는 적어도 하나의 기판(S)을 지지한다. 이러한 기판 지지 수단(30)은 챔버 리드(20)에 대향되는 대향 전극으로써, 기판 지지 수단(30)을 지지하는 지지축(32)을 통해 전기적으로 접지된다. 이때, 지지축(32)은 지지축(32)과 챔버(10)의 하면을 밀봉하는 벨로우즈(34)에 의해 둘러싸인다.
가스 분사 수단(40)은 기판 지지 수단(30)에 대향되도록 챔버 리드(20)의 하부에 설치된다. 상기 가스 분사 수단(40)과 챔버 리드(20) 사이에는 챔버 리드(20)을 관통하는 가스 공급관(24)으로부터 공정 가스가 공급되는 가스 버퍼 공간(42)이 형성된다. 이때, 공정 가스는 기판(S) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 소스 가스와 반응 가스가 혼합된 형태로 이루어져 상기 가스 버퍼 공간(42)에 공급된다. 이러한, 가스 분사 수단(40)은 가스 버퍼 공간(42)에 연통된 복수의 가스 분사 홀(44)을 통해 공정 가스를 반응 공간에 분사한다.
이와 같은, 종래의 기판 처리 장치는 기판(S)을 기판 지지 수단(30)에 로딩시킨 다음, 챔버(10)의 반응 공간에 소정의 공정 가스를 분사하면서 챔버 리드(20)에 플라즈마 전원을 공급하여 가스 분사 수단(40)과 기판 지지 수단(30) 사이에 플라즈마 방전(P)을 형성함으로써 플라즈마 방전(P)에 의해 이온화되는 공정 가스의 분자들을 기판(S)에 증착시켜 기판(S) 상에 소정의 박막을 형성한다.
그러나, 종래의 기판 처리 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 기판 처리 공정시 상기 가스 분사 홀(44)의 형상에 대응되는 패턴이 기판(S)에 전사된다는 문제점이 있다.
둘째, 소스 가스와 반응 가스가 혼합된 형태로 기판(S) 상에 분사되기 때문에 기판(S)에 증착되는 박막의 증착 균일도가 불균일하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 기판 처리 공정시 가스 분사 홀의 형상에 대응되는 패턴이 기판에 전사되는 것을 방지하면서 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지 수단; 상기 기판 지지 수단에 마주보는 상기 챔버 리드의 하면에 결합되어 외부로부터 개별적으로 공급되는 제 1 및 제 2 가스를 상기 기판 상에 분사하는 가스 분사 수단을 포함하여 구성되고, 상기 가스 분사 수단은 서로 수직한 제 1 및 제 2 방향 중 제 1 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되어 기판 상에 상기 제 1 가스를 분사하는 복수의 제 1 가스 분사 홀; 및 상기 제 2 방향을 기준으로 인접한 제 1 가스 분사 홀들 사이사이에 배치되면서 상기 제 1 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되어 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀 각각에서 분사되는 제 1 가스의 주변에 상기 제 2 가스를 분사하는 복수의 제 2 가스 분사 홀을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 가스 분사 수단은 외부로부터 상기 제 2 가스가 공급되는 제 2 가스 버퍼링 공간을 사이에 두고 상기 챔버 리드의 하면에 결합된 프레임; 상기 프레임의 내부에 형성되어 상기 제 1 가스가 공급되는 복수의 제 1 가스 공급 유로; 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 중 해당하는 가스 공급 유로에 연통되도록 상기 프레임에 천공된 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀; 및 상기 제 2 가스 버퍼링 공간에 연통되도록 상기 프레임에 천공된 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각은 상기 프레임의 내부 일측과 타측을 관통하도록 형성되고, 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각의 양 끝단은 밀봉 부재에 의해 밀봉된 것을 특징으로 한다.
상기 가스 분사 수단은 상기 프레임에 형성되어 외부로부터 공급되는 상기 제 1 가스를 1차적으로 버퍼링하여 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각에 공급하는 제 1 가스 공통 공급 부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 가스 공통 공급 부재는 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각에 교차하도록 상기 프레임의 상면으로부터 오목하게 형성된 제 1 가스 공통 유로; 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각과 상기 제 1 가스 공통 유로의 교차 부분에 형성되어 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각을 상기 제 1 가스 공통 유로에 연통시키는 복수의 공통 연결 유로; 상기 제 1 가스 공통 유로의 상부를 밀봉하여 상기 복수의 공통 연결 유로 각각에 연통되는 제 1 가스 버퍼링 공간을 마련하는 유로 커버; 및 상기 유로 커버에 삽입 설치되어 상기 제 1 가스 버퍼링 공간에 상기 제 1 가스를 주입하는 제 1 가스 주입 포트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제 1 가스 분사 홀 각각은 상기 제 2 방향을 따라 제 1 피치를 가지도록 배치되면서 상기 제 1 방향을 따라 제 1 지그재그 형태로 배치되고, 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각은 상기 제 1 피치의 중심 선상을 기준으로 상기 제 1 방향을 따라 제 2 지그재그 형태로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 지그재그 형태의 각도는 상기 제 1 지그재그 형태의 각도보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제 1 가스 분사 홀 각각은 상기 제 1 피치의 제 1 기준선에서 제 1 거리만큼씩 좌우로 쉬프트되고, 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각은 상기 제 1 피치의 중심 선상인 제 2 기준선에서 제 2 거리만큼 좌우로 쉬프트된 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리와 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제 1 가스 분사 홀 각각은 상기 제 2 방향을 따라 제 1 피치를 가지도록 배치되면서 상기 제 1 방향을 따라 지그재그 형태로 배치되고, 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각은 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀과 동일한 지그재그 형태를 가지도록 상기 제 1 피치 사이에 2열로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 방향으로 인접한 제 1 및 제 2 가스 분사 홀 간의 피치, 상기 제 2 방향으로 인접한 제 1 가스 분사 홀들 간의 피치, 및 상기 제 2 방향으로 인접한 제 2 가스 분사 홀들 간의 피치 각각은 모두 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 기판 처리 장치는 상기 챔버 리드의 하면과 상기 프레임 사이에 배치되어 외부로부터 상기 제 2 가스 버퍼링 공간으로 공급되는 제 2 가스의 흐름을 조절하는 배플 플레이트(Baffle plate)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제 1 가스를 분사하는 복수의 제 1 가스 분사 홀과 제 2 가스를 분사하는 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각이 지그재그 형태로 배치됨으로써 기판 처리 공정시, 가스 분사 홀 각각의 형상에 대응되는 패턴이 기판에 전사되는 것을 방지할 수 있다.
둘째, 박막 증착을 위한 제 1 및 제 2 가스를 개별적으로 분사하기 때문에 제 1 및 제 2 가스 각각의 개별 제어를 통해 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 가스 분사 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 가스 공급 유로 및 공통 가스 유로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 가스 분사 부재를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 가스 공급 유로 및 공통 가스 유로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 챔버 리드(130), 기판 지지 수단(150), 및 가스 분사 수단(170)을 포함하여 구성된다.
상기 공정 챔버(110)는 상부가 개구된 "U"자 형태로 형성된다. 이러한, 상기 공정 챔버(110)의 일측에는 기판이 출입하는 기판 출입구(미도시)가 형성되고, 바닥면에는 공정 공간의 가스를 배기하기 위한 적어도 하나의 배기구(112)가 형성된다.
상기 챔버 리드(130)는 공정 챔버(110)의 상부에 설치되어 공정 챔버(110)의 상부를 덮는다. 이때, 상기 공정 챔버(110)와 상기 챔버 리드(130) 간의 결합 부분에는 오-링(O-ring) 등과 같은 절연 부재(120)가 개재된다. 상기 절연 부재(120)는 상기 챔버 리드(130)와 상기 공정 챔버(110) 사이를 밀봉함과 아울러 상기 챔버 리드(130)와 상기 공정 챔버(110)를 전기적으로 분리시키는 역할을 한다.
상기 챔버 리드(130)의 상면에는 외부의 제 2 가스 공급 장치(미도시)에 연결된 제 2 가스 공급관(140)이 설치된다. 상기 챔버 리드(130)의 하면에는 계단 형태의 단턱부(131)를 가지도록 오목한 홈부(133)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 홈부(133)에는 상기 제 2 가스 공급관(140)에 연통되는 제 2 가스 주입구가 형성되어 있다.
상기 단턱부(131)에는 배플 플레이트(Baffle plate)(190)가 장착될 수 있다. 이 경우, 상기 챔버 리드(130)의 하면과 상기 배플 플레이트(190) 사이에는 제 2 가스 공급관(140)으로부터 제 2 가스가 주입되는 제 2 가스 주입 공간(GIS)이 마련된다. 이에 따라, 상기 배플 플레이트(190)는 상기 제 2 가스 주입 공간(GIS)에 주입되는 제 2 가스를 확산 및 분배함으로써 상기 가스 분사 수단(170)에 공급되는 제 2 가스의 흐름을 조절하거나 균일하게 한다. 이를 위해, 상기 배플 플레이트(190)에는 제 2 가스를 확산 및 분배하기 위해 규칙적 또는 불규칙적으로 형성된 복수의 가스 분배용 슬릿(slit) 또는 홀(hole)이 형성되어 있다. 이러한, 상기 배플 플레이트(190)는 생략 가능하다.
상기 챔버 리드(130)는 전원 케이블(310)을 통해 외부의 전원 공급 수단(300)에 연결됨으로써 상기 전원 공급 수단(300)으로부터 플라즈마 전원을 인가받는다. 여기서, 상기 전원 케이블(310)에는 임피던스 매칭 회로(320)가 설치될 수 있다. 상기 임피던스 매칭 회로(320)는 상기 챔버 리드(130)에 공급되는 플라즈마 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시키기 위한 적어도 2개의 임피던스 소자(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 임피던스 소자는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 기판 지지 수단(150)은 상기 공정 챔버(110)에 설치되어 기판 반송 장치(미도시)에 의해 공정 공간으로 반입되는 기판(S)을 지지한다. 이때, 상기 기판 지지 수단(150)은 상기 공정 챔버(110)에 승강 가능하게 설치될 수 있는데, 이 경우, 상기 기판 지지 수단(150)은 공정 챔버(110)의 바닥면을 관통하는 승강축(200)에 의해 승강 가능하게 결합됨으로써 승강 장치(미도시)의 구동에 따른 승강축(200)의 승강에 따라 공정 위치 또는 기판 로딩 및 언로딩 위치로 승강된다. 상기 승강축(200)과 상기 공정 챔버(110) 사이는 벨로우즈(210)에 의해 밀봉된다.
상기 가스 분사 수단(170)은 상기 기판 지지 수단(150)에 마주보도록 상기 챔버 리드(130)의 하면에 결합되어 외부로부터 개별적으로 공급되는 제 1 및 제 2 가스를 기판(S) 상에 분사한다.
일 실시 예에 따른 가스 분사 수단(170)은 프레임(171), 복수의 제 1 가스 공급 유로(172), 복수의 제 1 가스 분사 홀(173), 및 복수의 제 2 가스 분사 홀(174)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 프레임(171)은 금속 재질로 이루어져 상기 기판 지지 수단(150)과 마주보도록 챔버 리드(130)의 하면에 결합된다. 이때, 상기 프레임(171)과 상기 챔버 리드(130) 사이에는 외부로부터 제 2 가스가 공급되는 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2)이 마련된다. 상기 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2)은 상기 프레임(171)의 상면과 상기 챔버 리드(130)의 하면 사이에 마련되거나, 상기 프레임(171)의 상면과 상기 배플 플레이트(190) 사이에 마련될 수 있다.
상기 제 2 가스는 기판(S)에 형성될 박막의 주성분을 포함하는 소스 가스일 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 가스는 산화막, HQ(hydroquinone) 산화막, High-K 물질의 박막, 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 물질을 포함하는 소스 가스로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si) 물질을 포함하는 소스 가스는 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 및 TSA(Trisilylamine) 등이 될 수 있다.
상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각은 제 1 방향(Y)에 나란하도록 상기 프레임(171)의 내부에 일정한 간격으로 형성되어 외부로부터 공급되는 제 1 가스를 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각에 공급한다. 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각은 드릴(drill) 가공에 의해 상기 프레임(171)의 일측면과 타측면을 관통하도록 형성된 후, 용접 또는 밀봉 캡 등과 같은 밀봉 부재(172a)에 의해 양 끝단 부분이 밀봉되어 형성된다. 이러한, 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각은 해당하는 제 1 가스 분사 홀(173)에 연결되는 것으로, 제 1 가스 분사 홀(173)들의 형성 위치에 대응되도록 상기 제 1 방향(Y)에 수평 방향으로 수직한 제 2 방향(X)을 따라 일정한 간격 또는 미리 설정된 간격으로 형성된다.
상기 제 1 가스는 소스 가스와 반응하여 박막을 형성하는 반응 가스일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 가스는 수소(H2), 질소(N2), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 또는 암모니아(NH3) 등이 될 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 기판(S)에 증착될 박막의 물질에 따라 선택될 수 있다. 나아가, 상기 제 1 가스는 플라즈마 발생(plasma Ignition)을 위한 보조 가스와 함께 공급될 수 있으며, 이 경우, 상기 보조 가스는 아르곤(Ar), 제논(Ze), 또는 헬륨(He) 등의 비반응성 가스가 될 수 있다.
상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각은 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 중 해당하는 가스 공급 유로에 연통되도록 상기 프레임(171)의 하면으로부터 수직 방향(Z)으로 천공됨으로써 해당하는 가스 공급 유로(172)로부터 공급되는 제 1 가스를 기판(S) 상에 하향 분사한다. 즉, 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각의 하부에는 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173)이 형성되어 있고, 하나의 가스 공급 유로(172)의 하부에 형성되는 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173)은 가스 공급 유로(172)의 길이방향인 제 1 방향(Y)을 따라 지그재그 형태로 배치된다.
일 실시 예에 따른 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각은 상기 프레임(171)의 하면으로부터 상기 가스 공급 유로(172) 쪽으로 갈수록 직경이 변하는 경사면을 가지도록 수직하게 천공된 제 1 가스 분사구(173a), 및 상기 제 1 가스 분사구(173a)와 상기 가스 공급 유로(172)가 서로 연통되도록 천공된 제 1 가스 연결 유로(173b)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1 가스 분사구(173a)는 상기 프레임(171)의 하면으로부터 이등변 삼각 형태의 단면, 윗변이 아랫변보다 작은 사다리꼴 형태의 단면과 상기 이등변 삼각 형태의 단면이 서로 조합된 단면을 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 분사되는 제 1 가스의 분사 면적, 분사 각도, 및 분사량 중 적어도 하나에 최적화되도록 설정된 형태를 가질 수 있다.
일 예에 따른 제 1 가스 연결 유로(173b)는 상기 제 1 가스 분사구(173a)의 상면 중심부에 연통되도록 드릴 가공에 의해 상기 제 1 가스 분사구(173a)의 중심부와 상기 가스 공급 유로(172) 사이에 천공될 수 있다. 이 경우, 서로 연통된 상기 제 1 가스 분사구(173a)와 상기 제 1 가스 연결 유로(173b)는 상하로 반전된 깔대기 모양을 가지도록 상기 프레임(171)에 수직하게 천공된다.
다른 예에 따른 제 1 가스 연결 유로(173b)는 상기 제 1 가스 분사구(173a)의 경사면에 연통되도록 드릴 가공에 의해 상기 제 1 가스 분사구(173a)의 일측 경사면과 상기 가스 공급 유로(172) 사이에 천공될 수 있다. 이 경우, 서로 연통된 상기 제 1 가스 분사구(173a)와 상기 제 1 가스 연결 유로(173b) 각각의 중심부는 상기 프레임(171)의 수직 방향을 기준으로 일정한 거리만큼 엇갈리게 천공된다. 이러한, 다른 예에 따른 제 1 가스 연결 유로(173b)에 의해 상기 제 1 가스 분사구(173a)에 공급되는 제 1 가스의 경로가 상기 제 1 가스 분사구(173a)의 경사면에 의해 변경되어 수직하게 분사되지 않고 경사지게 분사됨으로써 제 1 가스의 수직 분사에 의한 가스 분사구(173a)의 형태가 기판에 전사되는 것이 방지될 수 있다.
상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 상기 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2)에 연통되도록 상기 프레임(171)에 수직 방향(Z)으로 천공됨으로써 상기 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2)으로부터 공급되는 제 2 가스를 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각에서 분사되는 제 1 가스의 주변에 분사한다. 즉, 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174)은 상기 제 2 방향(X)을 기준으로, 인접한 제 1 가스 분사 홀(173)들 사이사이에 배치되면서 상기 제 1 방향(Y)을 따라 지그재그 형태로 배치된다.
일 실시 예에 따른 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 상기 프레임(171)의 하면으로부터 상기 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2) 쪽으로 갈수록 직경이 변하도록 수직하게 천공된 제 2 가스 분사구(174a), 및 상기 제 2 가스 분사구(174a)와 상기 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2)이 서로 연통되도록 천공된 제 2 가스 연결 유로(174b)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 2 가스 분사구(174a)는 상기 프레임(171)의 하면으로부터 이등변 삼각 형태의 단면, 윗변이 아랫변보다 작은 사다리꼴 형태의 단면과 상기 이등변 삼각 형태의 단면이 서로 조합된 단면을 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 분사되는 제 2 가스의 분사 면적, 분사 각도, 및 분사량 중 적어도 어느 하나에 최적화되도록 설정된 형태를 가질 수 있다.
일 예에 따른 제 2 가스 연결 유로(174b)는 상기 제 2 가스 분사구(174a)의 상면 중심부에 연통되도록 드릴 가공에 의해 상기 프레임(171)의 상면으로부터 천공될 수 있다. 이 경우, 서로 연통된 상기 제 2 가스 분사구(174a)와 상기 제 2 가스 연결 유로(174b)는 상하로 반전된 깔대기 모양을 가지도록 상기 프레임(171)에 수직하게 천공된다.
다른 예에 따른 제 2 가스 연결 유로(174b)는 상기 제 2 가스 분사구(174a)의 경사면에 연통되도록 드릴 가공에 의해 상기 프레임(171)의 상면으로부터 천공될 수 있다. 이 경우, 서로 연통된 상기 제 2 가스 분사구(174a)와 상기 제 2 가스 연결 유로(174b) 각각의 중심부는 상기 프레임(171)의 수직 방향을 기준으로 일정한 거리만큼 엇갈리게 천공된다. 이러한, 다른 예에 따른 제 2 가스 연결 유로(174b)에 의해 상기 제 2 가스 분사구(174a)에 공급되는 제 2 가스의 경로가 상기 제 2 가스 분사구(174a)의 경사면에 의해 변경되어 수직하게 분사되지 않고 경사지게 분사됨으로써 제 2 가스의 수직 분사에 의한 가스 분사구(174a)의 형태가 기판에 전사되는 것이 방지될 수 있다.
상기 가스 분사 수단(170)은 외부로부터 공급되는 제 1 가스를 1차적으로 버퍼링하여 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각에 공급하기 위한, 제 1 가스 공통 공급 부재를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 가스 공통 공급 부재는 제 1 가스 공통 유로(175), 복수의 공통 연결 유로(176), 공통 유로 커버(177), 및 제 1 가스 주입 포트(178)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 가스 공통 유로(175)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각의 일측 또는 양측에 교차하도록 상기 프레임(171)의 일측 또는 양측 상면으로부터 일정한 폭과 깊이를 가지도록 오목하게 형성된다. 즉, 상기 오목한 제 1 가스 공통 유로(175)의 각 측면에는 단턱면이 형성되어 있다.
상기 복수의 공통 연결 유로(176) 각각은 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각과 상기 제 1 가스 공통 유로(175)의 교차 부분에 수직하게 천공되어 상기 제 1 가스 공통 유로(175)를 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각에 연통시킨다. 이러한, 상기 복수의 공통 연결 유로(176) 각각은 상기 제 1 가스 공통 유로(175)의 바닥면에 대한 드릴 가공에 의해 해당하는 제 1 가스 공급 유로(172)에 연통되도록 형성될 수 있다.
상기 공통 유로 커버(177)는 상기 제 1 가스 공통 유로(175)에 삽입되어 상기 제 1 가스 공통 유로(175)의 상부를 밀봉함으로써 상기 제 1 가스 공통 유로(175)에 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)을 마련한다. 즉, 상기 공통 유로 커버(177)는 상기 제 1 가스 공통 유로(175)의 각 측면에 형성되어 있는 단턱면에 안착되어 상기 제 1 가스 공통 유로(175)의 상부를 밀봉한다. 이에 따라, 상기 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)은 상기 제 1 가스 공통 유로(175)의 바닥면과 상기 공통 유로 커버(177)의 하면 사이에 마련된다. 여기서, 상기 공통 유로 커버(177)와 상기 제 1 가스 공통 유로(175) 사이에는 상기 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)의 폐쇄(또는 밀폐)를 위한 밀폐 부재(미도시)가 개재될 수 있다.
상기 제 1 가스 주입 포트(178)는 외부의 제 1 가스 공급 장치(미도시)로부터 공급되는 제 1 가스를 상기 공통 유로 커버(177)를 통해 상기 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)에 주입한다. 이러한, 상기 제 1 가스 주입 포트(178)는 챔버 리드(130)에 형성되어 있는 포트 설치홈(135)을 통과하여 상기 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)의 중간 부분에 중첩되는 상기 공통 유로 커버(177)와 상기 프레임(171)의 상면에 장착될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 가스는 상기 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)에서 1차적으로 확산 및 버퍼링된 후, 상기 복수의 공통 연결 유로(176) 각각을 통해 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각에 공급되어 2차적으로 확산 및 버퍼링된 이후에 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각을 통해 기판(S) 상에 분사되거나 복수의 제 2 가스 분사 홀(174)에서 분사되는 상기 제 2 가스의 주변에 분사되게 된다.
이와 같은, 본 발명에 따르면, 복수의 제 1 및 제 2 가스 분사 홀(173, 174) 각각이 지그재그 형태로 배치됨으로써 기판 처리 공정시 가스 분사 홀 각각의 형상에 대응되는 패턴이 기판(S)에 전사되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 지그재그 형태로 배치된 복수의 제 1 및 제 2 가스 분사 홀(173, 174) 각각의 배치 구조는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조는 상기 복수의 제 1 및 제 2 가스 분사 홀(173, 174) 각각이 제 1 방향(Y)을 따라 지그재그 형태로 배치될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조에 있어서, 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각은 제 2 방향(X)을 따라 제 1 피치(Pitch)(P1)를 가지도록 나란하게 배치됨과 동시에 제 1 방향(Y)을 따라 제 1 지그재그 형태(Z1)로 배치된다. 예를 들어, 상하로 인접한 제 1 가스 분사 홀(173)들 각각은 상기 제 1 피치(P1)의 제 1 기준선(CL1)에서 제 1 거리(d1)만큼씩 좌우로 쉬프트됨으로써 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각은 제 1 방향(Y)을 따라 제 1 지그재그 형태(Z1)로 배치된다. 이에 따라, 상하로 인접한 제 1 가스 분사 홀(173)들 각각은 제 1 방향(Y)을 기준으로 절반 이상 서로 중첩되게 된다.
상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 상기 제 2 방향(X)을 기준으로, 인접한 제 1 가스 분사 홀(173)들 사이사이에 배치되면서 상기 제 1 방향(Y)을 따라 제 2 지그재그 형태(Z2)로 배치된다. 예를 들어, 상하로 인접한 제 2 가스 분사 홀(174)들 각각은 상기 제 1 피치(P1)의 중심 선상인 제 2 기준선(CL2)에서 상기 제 1 거리(d1)보다 긴 제 2 거리(d2)만큼씩 좌우로 쉬프트됨으로써 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 제 1 방향(Y)을 따라 제 2 지그재그 형태(Z2)로 배치된다. 여기서, 상기 제 2 지그재그 형태(Z2)의 각도(θ2)는 상기 제 1 지그재그 형태(Z1)의 각도(θ1)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 상기 제 1 지그재그 형태(Z1)로 배치된 제 1 가스 분사 홀(173)들에 인접하도록 상기 제 2 지그재그 형태(Z2)로 배치됨으로써 제 2 방향(X)을 따라 서로 인접한 하나의 제 1 및 제 2 가스 분사 홀(173, 174) 각각이 하나의 공정 가스 분사 그룹을 이루게 되고, 상기 공정 가스 분사 그룹은 제 1 방향(Y)을 따라 지그재그 형태로 배치되게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각의 배치 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각의 배치 구조에 대해서만 설명하기로 한다.
도 6에서 알 수 있듯이, 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 상기 제 2 방향(X)을 기준으로, 인접한 제 1 가스 분사 홀(173)들 사이사이에 배치되면서 상기 제 1 방향(Y)을 따라 제 1 지그재그 형태(Z1)로 배치된다. 예를 들어, 상하로 인접한 제 2 가스 분사 홀(174)들 각각은 상기 제 1 피치(P1)의 중심 선상인 제 2 기준선(CL2)에서 상기 제 1 거리(d1)만큼씩 좌우로 쉬프트됨으로써 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 제 1 방향(Y)을 따라 제 1 지그재그 형태(Z1)로 배치된다. 결과적으로, 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각과 동일한 제 1 지그재그 형태(Z1)로 배치된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가스 분사 홀의 배치 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각의 배치 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각의 배치 구조에 대해서만 설명하기로 한다.
도 7에서 알 수 있듯이, 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 상기 제 2 방향(X)을 기준으로, 인접한 제 1 가스 분사 홀(173)들 사이사이에 2열로 배치되면서 상기 제 1 방향(Y)을 따라 제 1 지그재그 형태(Z1)로 배치된다. 이를 위해, 상기 제 1 방향(X)으로 배치된 인접한 제 1 가스 분사 홀(173)들 간의 상기 제 1 피치(P1)는 제 2 가스 분사 홀(173) 간의 피치보다 3배 크게 설정되며, 상기 제 1 및 제 2 방향(Y, X) 각각에 따른 제 1 및 제 2 가스 분사 홀(173, 174)들 간의 피치는 상기 제 1 피치(P1)의 1/3이 되도록 동일하게 설정된다. 이에 따라, 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각은 제 1 가스 분사 홀(173)들 사이사이에 제 1 지그재그 형태(Z1)를 가지면서 2열로 배치되게 된다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 박막 증착 공정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(S) 또는 하나의 대면적 기판(S)을 기판 지지 수단(150)에 로딩하여 안착시킨다.
그런 다음, 상기 제 1 가스 주입 포트(178)를 통해 상기 가스 분사 수단(170)의 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)에 제 1 가스를 주입함과 동시에 상기 제 2 가스 공급관(140)을 통해 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2)에 제 2 가스를 주입한다. 이에 따라, 상기 제 2 가스는 제 2 가스 버퍼링 공간(GBS2) 및 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각을 통해 기판(S) 상에 분사된다. 이와 동시에, 상기 제 1 가스는 제 1 가스 버퍼링 공간(GBS1)과 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로(172) 각각과 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀(173) 각각을 통해, 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각에서 분사되는 제 2 가스의 주변 및 기판(S) 상에 분사된다.
상기 제 1 및 제 2 가스 각각을 분사하면서, 전원 공급 수단(300)을 통해 플라즈마 전원을 챔버 리드(130)에 공급하여 챔버 리드(130)를 통해 가스 분사 수단(170)에 플라즈마 전원을 인가한다. 이에 따라, 상기 기판 지지 수단(150)과 상기 가스 분사 수단(170) 사이에 플라즈마가 형성된다.
따라서, 상기 가스 분사 수단(170)으로부터 분사되는 제 1 가스, 또는 제 1 및 제 2 가스는 상기 플라즈마에 의해 활성화되어 기판(S) 상에 분사됨으로써 기판(S)의 상면에는 상기 제 1 및 제 2 가스의 반응에 의해 소정의 박막이 증착되게 된다.
이상과 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 상기 제 1 가스를 분사하는 복수의 제 1 가스 분사 홀(173)과 상기 제 2 가스를 분사하는 복수의 제 2 가스 분사 홀(174) 각각이 서로 동일한 지그재그 형태로 배치되거나, 서로 다른 지그재그 형태로 배치됨으로써 기판 처리 공정시, 상기 기판(S) 상에 분사되는 제 1 및 제 2 가스 각각의 분사 영역의 일부가 서로 중첩되어 가스 분사 홀 각각의 형상에 대응되는 패턴이 기판(S)에 전사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 박막 증착을 위한 제 1 및 제 2 가스를 개별적으로 분사하기 때문에 제 1 및 제 2 가스 각각의 개별 제어를 통해 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 공정 챔버 130: 챔버 리드
140: 제 2 가스 공급관 150: 기판 지지 수단
170: 가스 분사 수단 171: 프레임
172: 제 1 가스 공급 유로 173: 제 1 가스 분사 홀
174: 제 2 가스 분사 홀 175: 제 1 가스 공통 유로
176: 공통 연결 유로 177: 유로 커버
178: 제 1 가스 주입 포트 190: 배플 플레이트

Claims (12)

  1. 공정 챔버;
    공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드;
    상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지 수단;
    상기 기판 지지 수단에 마주보는 상기 챔버 리드의 하면에 결합되어 외부로부터 개별적으로 공급되는 제 1 및 제 2 가스를 상기 기판 상에 분사하는 가스 분사 수단을 포함하여 구성되고,
    상기 가스 분사 수단은,
    서로 수직한 제 1 및 제 2 방향 중 제 1 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되어 기판 상에 상기 제 1 가스를 분사하는 복수의 제 1 가스 분사 홀; 및
    상기 제 2 방향을 기준으로 인접한 제 1 가스 분사 홀들 사이사이에 배치되면서 상기 제 1 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되어 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀 각각에서 분사되는 제 1 가스의 주변에 상기 제 2 가스를 분사하는 복수의 제 2 가스 분사 홀을 포함하여 구성되며,
    상기 복수의 제 1 가스 분사 홀들은 상기 제 2 방향을 따라 제 1 피치를 가지도록 배치되면서 상기 제 1 방향을 따라 제 1 지그재그 형태로 배치되고,
    상기 복수의 제 2 가스 분사 홀들은 상기 제 1 방향을 따라 제 2 지그재그 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분사 수단은,
    외부로부터 상기 제 2 가스가 공급되는 제 2 가스 버퍼링 공간을 사이에 두고 상기 챔버 리드의 하면에 결합된 프레임;
    상기 프레임의 내부에 형성되어 상기 제 1 가스가 공급되는 복수의 제 1 가스 공급 유로;
    상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 중 해당하는 가스 공급 유로에 연통되도록 상기 프레임에 천공된 상기 복수의 제 1 가스 분사 홀; 및
    상기 제 2 가스 버퍼링 공간에 연통되도록 상기 프레임에 천공된 상기 복수의 제 2 가스 분사 홀을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각은 상기 프레임의 내부 일측과 타측을 관통하도록 형성되고,
    상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각의 양 끝단은 밀봉 부재에 의해 밀봉된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 분사 수단은 상기 프레임에 형성되어 외부로부터 공급되는 상기 제 1 가스를 1차적으로 버퍼링하여 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각에 공급하는 제 1 가스 공통 공급 부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 공통 공급 부재는,
    상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각에 교차하도록 상기 프레임의 상면으로부터 오목하게 형성된 제 1 가스 공통 유로;
    상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각과 상기 제 1 가스 공통 유로의 교차 부분에 형성되어 상기 복수의 제 1 가스 공급 유로 각각을 상기 제 1 가스 공통 유로에 연통시키는 복수의 공통 연결 유로;
    상기 제 1 가스 공통 유로의 상부를 밀봉하여 상기 복수의 공통 연결 유로 각각에 연통되는 제 1 가스 버퍼링 공간을 마련하는 유로 커버; 및
    상기 유로 커버에 삽입 설치되어 상기 제 1 가스 버퍼링 공간에 상기 제 1 가스를 주입하는 제 1 가스 주입 포트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 지그재그 형태의 각도는 상기 제 1 지그재그 형태의 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 가스 분사 홀들은 상기 제 1 피치의 제 1 기준선에서 제 1 거리만큼씩 좌우로 쉬프트되고,
    상기 복수의 제 2 가스 분사 홀들은 상기 제 1 피치의 중심 선상인 제 2 기준선에서 제 2 거리만큼 좌우로 쉬프트된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 가스 분사 홀 각각은 제 2 지그재그 형태가 제 1 지그재그 형태와 동일하도록 상기 제 1 피치 사이에 2열로 배치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 방향으로 인접한 제 1 및 제 2 가스 분사 홀 간의 피치, 상기 제 2 방향으로 인접한 제 1 가스 분사 홀들 간의 피치, 및 상기 제 2 방향으로 인접한 제 2 가스 분사 홀들 간의 피치 각각은 모두 동일한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 리드의 하면과 상기 프레임 사이에 배치되어 외부로부터 상기 제 2 가스 버퍼링 공간으로 공급되는 제 2 가스의 흐름을 조절하는 배플 플레이트(Baffle plate)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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