KR102137998B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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신형섭
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 마주보도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 상기 기판 지지부에 국부적으로 마주보도록 상기 챔버 리드에 설치되고, 외부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 기판 지지부 상에 국부적으로 분사하는 박막 증착 모듈부; 및 상기 박막 증착 모듈부와 공간적으로 분리되도록 배치되어 상기 기판에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 모듈부를 포함하고, 상기 플라즈마 모듈부는 서로 마주보게 배치되어 전위차에 따라 상기 플라즈마를 형성하는 제 1 전극과 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나의 전극과 상기 기판 지지부 사이에 배치되어 상기 기판에 제공되는 상기 플라즈마를 국부적으로 감쇠시키는 플라즈마 감쇠 부재를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판에 대한 박막을 증착하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양 전지(Solar Cell), 반도체 소자, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼나 글라스 등의 기판에 소정의 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 영역의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 반도체 제조 공정을 수행하게 된다.
이러한 반도체 제조 공정들 중에서 박막 증착 공정은 물리 기상 증착(physical vapor deposition)법, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)법, 또는 원자층 증착(atomic layer deposition)법 등이 사용되고 있다.
한편, 본 출원인에 의해 제안된 대한민국 특허공개공보 제10-2013-0080370호(이하, "특허 문헌"이라 함)에는 복수의 기판에 박막을 증착할 수 있는 세미 배치(semi-batch) 타입의 기판 처리 장치가 개시되어 있다. 특히, 특허 문헌의 기판 처리 장치는 복수의 기판을 지지하는 기판 지지부 상에 국부적으로 대향되도록 배치되어 공급되는 공정 가스를 플라즈마화하여 분사하는 복수의 전극 모듈을 포함한다. 이러한 특허 문헌의 기판 처리 장치는 기판 지지부를 회전시키면서 복수의 전극 모듈 각각을 통해 박막 증착을 위한 공정 가스를 플라즈마화하여 기판 지지부 상에 국부적으로 분사함으로써 기판 지지부의 회전에 의해 복수의 기판 각각이 플라즈마에 노출되고, 이로 인해 기판의 표면에서는 소정의 박막이 증착되게 된다.
그러나, 특허 문헌의 기판 처리 장치에서는 기판이 고정된 상태에서 회전하는 기판 지지부의 회전 각속도로 인하여 기판 지지부의 중심부를 기준으로 기판의 내측 대비 외측의 반지름 및 원주율이 길기 때문에 기판의 외측에 대한 플라즈마 노출 시간이 기판의 내측에 비해 상대적으로 감소하게 된다. 이에 따라, 특허 문헌의 기판 처리 장치에서는 기판 지지부의 회전 각속도에 따른 기판의 내측과 외측의 플라즈마 노출 편차로 인하여 플라즈마 효율이 저하됨으로써 기판에 형성되는 박막의 균일도가 저하되고, 이로 인해 박막의 막질이 저하되는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 기판에 증착되는 박막의 막질을 향상시킬 수 있는 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 공간을 마련하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부 위에 배치되어 상기 기판에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 모듈부를 포함하며, 상기 플라즈마 모듈부는 상기 기판으로부터 서로 마주보게 배치되어 전위차에 따라 상기 플라즈마를 형성하는 제 1 전극과 제 2 전극; 및 상기 제 1 및 제 2 전극 중 적어도 하나의 전극과 상기 기판 지지부 사이에 배치되어 상기 기판에 제공되는 상기 플라즈마를 국부적으로 감쇠시키는 플라즈마 감쇠 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 감쇠 부재는 상기 제 2 전극의 하면과 이격되도록 상기 제 1 전극의 하면에 결합되어 상기 기판의 일부 영역에 제공되는 플라즈마를 국부적으로 감쇠시키는 절연 플레이트일 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 상기 기판 지지부에 마주보도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및 상기 플라즈마 모듈부와 공간적으로 분리되도록 상기 챔버 리드에 설치되어 상기 기판에 박막을 증착하는 박막 증착 모듈부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 박막 증착 모듈부는 상기 챔버 리드에 설치되어 상기 기판 상에 소스 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 1 가스 분사 모듈; 및 상기 제 1 가스 분사 모듈과 공간적으로 분리되도록 상기 챔버 리드에 설치되어 상기 기판 상에 반응 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 2 가스 분사 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부 위에 배치되어 상기 기판에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 모듈부를 포함하며, 상기 플라즈마 모듈부로부터 기판에 제공되는 플라즈마는 상기 기판의 영역별로 상이할 수 있다.
상기 플라즈마 모듈부는 상기 기판으로부터 이격되면서 서로 나란한 플라즈마 전극과 접지 전극; 및 상기 플라즈마 전극과 이격되도록 상기 접지 전극의 하면에 결합되어 상기 기판의 일부 영역에 제공되는 플라즈마를 국부적으로 감쇠시키는 플라즈마 감쇠 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 마주보도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 상기 기판 지지부에 국부적으로 마주보도록 상기 챔버 리드에 설치되고, 외부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 기판 지지부 상에 국부적으로 분사하는 박막 증착 모듈부; 및 상기 박막 증착 모듈부와 공간적으로 분리되도록 배치되어 상기 기판에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 모듈부를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 모듈부는 서로 마주보게 배치되어 전위차에 따라 상기 플라즈마를 형성하는 제 1 전극과 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나의 전극과 상기 기판 지지부 사이에 배치되어 상기 기판에 제공되는 상기 플라즈마를 국부적으로 감쇠시키는 플라즈마 감쇠 부재를 포함할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 절연 플레이트를 통해 기판의 일부 영역에 제공되는 플라즈마를 국부적으로 감소시킴으로써 기판 지지부의 회전 각속도에 따른 기판의 전영역에 대한 플라즈마 노출 시간 편차를 최소화하고, 이를 통해 기판의 전영역에 걸쳐 균일한 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행해 기판에 증착된 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 I-I'선의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 플라즈마 모듈부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ'선의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 감쇠 부재의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 있어서, 기판 지지부의 회전 각속도에 따른 플라즈마 노출 편차를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재의 다양한 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 16은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 있어서, 가스 분사 모듈의 변형 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.
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 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 챔버 리드(Chamber Lid; 130), 박막 증착 모듈부(140), 및 플라즈마 모듈부(150)를 포함한다.
상기 공정 챔버(110)는 기판 처리 공정을 위한 공정 공간을 제공한다. 이를 위해, 공정 챔버(110)는 바닥면과 바닥면으로부터 수직하게 형성되어 공정 공간을 정의하는 챔버 측벽을 포함하여 이루어진다.
상기 공정 챔버(110)의 바닥면 및/또는 측면은 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기 장치(미도시)에 연통될 수 있다. 그리고, 상기 공정 챔버(110)의 적어도 일측 챔버 측벽에는 기판(10)이 반입되거나 반출되는 기판 출입구(미도시)가 설치되어 있다. 상기 기판 출입구(미도시)는 상기 공정 공간의 내부를 밀폐시키는 챔버 밀폐 수단(미도시)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 내부 바닥면에 회전 가능하게 설치된다. 이러한, 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 회전축(미도시)에 의해 지지되며, 전기적으로 접지되거나, 일정한 전위(예를 들어, 양전위, 음전위 또는 플로팅(floating)될 수 있다. 이때, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 회전축은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐된다.
상기 기판 지지부(120)는 외부의 기판 로딩 장치(미도시)로부터 로딩되는 적어도 하나의 기판(10)을 지지한다. 여기서, 상기 기판(10)은 반도체 기판 또는 웨이퍼가 될 수 있으며, 기판 지지부(120)의 상면에는 복수의 기판(10)이 일정한 간격으로 배치된다. 이러한 상기 기판 지지부(120)는 회전축의 회전에 따라 소정 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전됨으로써 기판 지지부(120)의 회전 및 회전 속도에 따라 복수의 기판(10) 각각이 박막 증착 모듈부(140)와 플라즈마 모듈부(150) 각각의 하부를 지나가도록 한다. 이에 따라, 박막 증착 모듈부(140)의 하부를 지나가는 기판(10)은 박막 증착 모듈부(140)로부터 분사되는 공정 가스에 노출되고, 이로 인해 상기 기판(10) 상에서는 소정의 박막 증착을 위한 박막 증착 공정, 즉 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정이 수행된다. 그리고, 플라즈마 모듈부(150)의 하부를 지나가는 기판(10)은 플라즈마 모듈부(150)에서 제공되는 플라즈마에 노출되고, 이로 인해 기판(10) 상에서는 박막의 막질 개선을 위한 플라즈마 트리트먼트 공정(plasma treatment process)이 수행된다.
상기 챔버 리드(130)는 공정 챔버(110)의 상부에 설치되어 상기 공정 챔버(110)에 의해 마련되는 상기 공정 공간을 밀폐한다. 여기서, 상기 챔버 리드(130)와 상기 공정 챔버(110) 사이에는 기밀 부재(미도시)가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 챔버 리드(130)는 박막 증착 모듈부(140)와 플라즈마 모듈부(150) 각각을 지지한다. 이를 위해, 상기 챔버 리드(130)에는 복수의 모듈 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)가 형성되어 있다.
상기 복수의 모듈 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)는 챔버 리드(130)의 중심점을 기준으로 산개, 즉 상기 중심점을 기준으로 균일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 중심점을 기준으로 소정의 각도로 각기 같거나 다른 각도로 이격되어 배치될 수 있다. 도 1에는 챔버 리드(130)에 4개의 모듈 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)가 형성되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 챔버 리드(130)는 중심점을 기준으로 산개하여 형성된 2N(단, N은 자연수)개 또는 2N+1개의 모듈 설치부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하의 설명에서는 챔버 리드(130)가 제 1 내지 제 4 모듈 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)를 포함하여 이루어지는 것으로 가정하기로 한다.
상기 박막 증착 모듈부(140)는 상기 기판 지지부(120)에 국부적으로 마주보도록 상기 챔버 리드(130)의 제 1 내지 제 3 모듈 설치부(130a, 130b, 130c)에 분리 가능하게 설치되어, 외부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 기판 지지부(120) 상에 국부적으로 하향 분사함으로써 기판(10) 상에 소정의 박막이 증착되도록 한다. 이를 위해, 상기 박막 증착 모듈부(140)는 제 1 내지 제 3 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 가스 분사 모듈(140a)은 상기 기판 지지부(120) 상에 정의된 제 1 가스 분사 영역과 마주보도록 상기 챔버 리드(130)에 분리 가능하게 설치되어, 외부의 소스 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 소스 가스를 상기 제 1 가스 분사 영역에 하향 분사한다. 여기서, 상기 소스 가스는 기판(10) 상에 증착될 박막의 주요 재질을 포함하여 이루어지는 가스로서, 산화막, HQ(hydroquinone) 산화막, High-K 물질의 박막, 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 물질을 포함하는 가스로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 티타늄(Ti)을 포함하여 이루어지는 소스 가스는 사염화티타늄(TiCl4) 가스 등이 될 수 있으며, 실리콘(Si) 물질을 포함하는 소스 가스로는 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 제 1 가스 분사 모듈(140a)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 복수의 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성된다. 상기 하우징(210)은 하면이 개구되어 마련되는 가스 분사 공간(212)을 가지도록 사각 상자 형태로 형성되어 챔버 리드(130)에 마련된 제 1 모듈 설치부(130a)에 분리 가능하게 삽입 설치된다. 일 실시 예에 따른 하우징(210)은 챔버 리드(130)의 상면에 결합되어 챔버 리드(130)에 전기적으로 접지되는 접지 플레이트(210a), 및 접지 플레이트(210a)의 하면 가장자리 부분으로부터 소정 높이를 가지도록 돌출되어 가스 분사 공간(212)을 마련하는 접지 측벽(210b)을 포함하여 구성된다. 상기 복수의 가스 공급 홀(220)은 상기 접지 플레이트(210a)를 적어도 1열로 수직 관통하도록 형성되어 상기 가스 분사 공간(212)에 연통된다. 이러한 복수의 가스 공급 홀(220)은 가스 공급관(미도시)을 통해 소스 가스 공급부로부터 공급되는 소스 가스(SG)를 가스 분사 공간(212)에 공급한다. 이에 따라, 상기 가스 분사 공간(212)에 공급되는 소스 가스(SG)는 기판 지지부(120)의 회전에 따라 이동되어 상기 제 1 가스 분사 모듈(140a)의 하부, 즉 제 1 가스 분사 영역을 통과하는 기판(10)의 전영역에 분사되게 된다.
상기 제 1 가스 분사 모듈(140a)은 상기 챔버 리드(130)에 일정한 간격을 가지도록 복수로 설치될 수 있다. 즉, 상기 챔버 리드(130)에는 적어도 하나의 제 1 가스 분사 모듈(140a)이 설치될 수 있다.
다시 도 1에서, 상기 제 2 및 제 3 가스 분사 모듈(140b, 140c) 각각은 상기 제 1 가스 분사 영역과 공간적으로 분리되면서 상기 기판 지지부(120) 상에 정의된 제 2 및 제 3 가스 분사 영역에 각각 마주보도록 상기 챔버 리드(130)에 마련된 제 2 및 제 3 모듈 설치부(130b, 130c)에 각각 분리 가능하게 설치되어, 외부의 반응 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 반응 가스를 상기 제 2 및 제 3 가스 분사 영역 각각에 하향 분사한다. 여기서, 상기 반응 가스는 기판(10) 상에 증착될 박막의 일부 재질을 포함하도록 이루어져 상기 소스 가스와 반응하여 최종적인 박막을 형성하는 가스로서, 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2)/질소(N2), 이산화질소(NO2) 가스, 아산화질소(N2O), 암모니아(NH3), 증기(H2O), 또는 오존(O3) 등이 될 수 있다. 이러한 상기 반응 가스는 아르곤(Ar), 제논(Ze), 헬륨(He), 또는 아르곤(Ar)/헬륨(He) 등의 가스와 함께 분사될 수 있다.
상기 제 2 및 제 3 가스 분사 모듈(140b, 140c) 각각은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 1 가스 분사 모듈(140a)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 이러한 상기 제 2 및 제 3 가스 분사 모듈(140b, 140c) 각각은 가스 공급 홀(220)을 통해 외부의 반응 가스 공급부로부터 가스 분사 공간(212)에 공급되는 반응 가스(RG)를, 기판 지지부(120)의 회전에 따라 이동되어 상기 제 2 및 제 3 가스 분사 영역을 각각 통과하는 기판(10)의 전영역에 분사한다.
상기 플라즈마 모듈부(150)는 상기 제 1 내지 제 3 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c) 각각과 공간적으로 분리되면서 상기 기판 지지부(120) 상에 정의된 플라즈마 트리트먼트 영역에 마주보도록 상기 챔버 리드(130)에 마련된 제 4 모듈 설치부(130d)에 분리 가능하게 설치된다. 이러한 상기 플라즈마 모듈부(150)는 외부의 트리트먼트 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 트리트먼트 가스와 외부의 플라즈마 전원 공급부(미도시)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 플라즈마를 형성하여 기판(10)에 제공한다. 여기서, 상기 트리트먼트 가스는 수소(H2), 질소(N2), 수소(H2)/질소(N2), 암모니아(NH3), 염소(Cl), 또는 산소(O2) 등이 될 수 있다. 이러한 상기 트리트먼트 가스는 아르곤(Ar), 제논(Ze), 헬륨(He), 또는 아르곤(Ar)/헬륨(He) 등의 가스와 함께 상기 플라즈마 모듈부(150)에 공급될 수 있다.
상기 플라즈마 모듈부(150)는 상기 기판 지지부(120)의 회전에 따라 상기 플라즈마 트리트먼트 영역을 통과하는 기판(10)에 플라즈마를 제공함으로써 상기 박막 증착 모듈부(140)에 의해 기판(10) 상에 증착된 박막의 표면 및 내부에 존재하는 불순물 등을 제거하여 상기 박막의 막질, 계면 특성, 접착력, 내식성, 저항성 등을 개선시킨다. 이를 위해, 상기 플라즈마 모듈부(150)는, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(311), 제 1 전극(312), 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b), 제 1 절연체(314), 전원 전달 부재(315), 제 2 절연체(316), 트리트먼트 가스 공급 홀(317), 및 플라즈마 감쇠 부재(318)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 상부 플레이트(311)는 상기 챔버 리드(130)에 마련된 제 4 모듈 설치부(130d)를 덮도록 챔버 리드(130)의 상면에 결합되어 제 1 전극(312)과 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b)을 지지한다.
상기 제 1 전극(312)은 상기 상부 플레이트(311)의 하면에 결합되어 제 4 모듈 설치부(130d)에 삽입 배치됨으로써 제 4 모듈 설치부(130d)를 정의하는 챔버 리드(130)의 각 측벽에 의해 둘러싸인다. 여기서, 일 실시 예에 따른 제 1 전극(312)은 서로 나란한 내측 격벽(312a)과 외측 격벽(312b), 및 내측 격벽(312a)과 외측 격벽(312b) 사이에 결합된 중간 격벽(312c)을 포함하도록 평면적으로 "I"자 형태를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 내측 격벽(312a)과 외측 격벽(312b)은 기판(10)의 직경보다 큰 거리로 이격된다. 이러한 제 1 전극(312)은 상부 플레이트(311)를 통해 챔버 리드(130)에 전기적으로 연결되어 전기적으로 접지 상태이므로, 이하의 설명에서는 제 1 전극(312)을 접지 전극(312)이라 정의하기로 한다.
상기 제 1 전극(312)의 내측 격벽(312a)은 상기 기판 지지부(120)에 지지된 기판(10)의 탑(top) 부분(TA)에 중첩되도록 배치되고, 상기 제 1 전극(312)의 외측 격벽(312b)은 상기 기판 지지부(120)에 지지된 기판(10)의 버텀(bottom) 부분(BA)에 중첩되도록 배치될 수 있다. 여기서, 기판(10)의 탑 부분(TA)은 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 기판(10)의 내측 영역으로 정의될 수 있고, 기판(10)의 버텀 부분(BA)은 기판 지지부(120)의 가장자리 부분에 인접한 기판(10)의 외측 영역으로 정의될 수 있다.
상기 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b) 각각은 소정의 갭 공간(GS1, GS2)을 사이에 두고 상기 제 1 전극(312), 보다 구체적으로는 중간 격벽(312c)과 나란하도록 배치됨으로써 상기 제 1 전극(312)과 제 4 모듈 설치부(130d)를 정의하는 챔버 리드(130)의 각 측벽에 의해 둘러싸인다. 여기서, 상기 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b) 각각은 상기 중간 격벽(312c)의 장변과 나란한 직사각 형태의 단면을 가지도록 형성될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b) 각각의 상면에는 일정한 높이로 형성된 급전봉(313c)이 형성되어 있으며, 상기 급전봉(313c)은 상기 제 1 절연체(314)를 관통하여 상기 상부 플레이트(311)에 형성된 전극 설치 홀(311a)에 삽입된다. 여기서, 상기 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b)에는 상기 급전봉(313c)으로부터 플라즈마 전원이 공급되므로 이하의 설명에서는 상기 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b)을 제 1 및 제 2 플라즈마 전극(313a, 313b)이라 각각 정의하기로 한다.
상기 제 1 플라즈마 전극(313a)과 상기 중간 격벽(312c)의 일측면 사이에는 제 1 갭 공간(GS1)이 마련되고, 상기 제 2 플라즈마 전극(313b)과 상기 중간 격벽(312c)의 타측면 사이에는 제 2 갭 공간(GS2)이 마련된다.
상기 제 1 절연체(314)는 상기 한 쌍의 제 2 전극(313a, 313b) 각각과 상기 상부 플레이트(311) 사이에 형성되어 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)을 전기적으로 절연시킴으로써 전기적으로 접지 상태인 상부 플레이트(311)와 상기 플라즈마 전극(313a, 313b) 간의 전기적인 접속을 방지한다. 여기서, 상기 제 1 절연체(314a)는 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)의 상부 면적보다 상대적으로 넓은 면적을 가지도록 형성될 수도 있는데, 이 경우 상기 제 1 절연체(314a)는 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)의 각 측면과 상부 플레이트(311) 사이에 전기장이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
상기 전원 전달 부재(315)는 상기 상부 플레이트(311)에 형성된 전극 설치 홀(311a)을 덮도록 상기 상부 플레이트(311)에 설치된다. 이러한 상기 전원 전달 부재(315)는 상기 전극 설치 홀(311a) 내부에서 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)의 급전봉(313b)과 전기적으로 접속되도록 결합됨으로써 외부의 플라즈마 전원 공급부(160)로부터 공급되는 플라즈마 전원을 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)에 공급한다. 또한, 상기 전원 전달 부재(315)는 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)을 지지하는 역할도 한다.
상기 제 2 절연체(316)는 상기 전원 전달 부재(315)와 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)의 급전봉(313b) 각각과 상기 상부 플레이트(311) 사이에 형성되어 상기 전원 전달 부재(315)와 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)의 급전봉(313b) 각각을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다.
상기 트리트먼트 가스 공급 홀(317)은 상기 갭 공간(GS1, GS2)과 중첩되도록 상기 상부 플레이트(311)를 수직 관통하여 형성된다. 이러한 상기 트리트먼트 가스 공급 홀(317)은 외부의 트리트먼트 가스 공급부로부터 공급되는 트리트먼트 가스(TG)를 상기 갭 공간(GS1, GS2)에 공급한다. 이때, 상기 트리트먼트 가스 공급 홀(317)은 상기 갭 공간(GS1, GS2)과 중첩되도록 상기 상부 플레이트(311)에 복수로 형성될 수 있으며, 이 경우 복수의 트리트먼트 가스 공급 홀(317)은 적어도 1열로 배열될 수 있다.
상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)의 하면으로부터 이격되면서 상기 갭 공간(GS1, GS2)의 하면 일부를 덮도록 상기 접지 전극(312)의 하면에 결합된 절연 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 스크류 또는 볼트에 의해 상기 접지 전극(312)의 하면에 결합되어 상기 플라즈마 전극(313a, 313b)의 하면과 일정한 거리로 이격된다. 이러한 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 갭 공간(GS1, GS2)으로부터 기판(10)에 제공되는 플라즈마 중 기판(10)의 일부에 제공되는 플라즈마를 국부적으로 감쇠시킴으로써 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따라 기판(10)에 제공되는 플라즈마의 편차를 최소화하고, 기판(10)의 전영역에 균일한 플라즈마가 제공되도록 하여 기판(10)의 전영역에 대해 균일한 플라즈마 트리트먼트 공정이 수행되도록 한다.
구체적으로, 상기 플라즈마 트리트먼트 공정을 위해 상기 갭 공간(GS1, GS2)에 형성되는 플라즈마는 기판(10)에 제공되는데, 이때, 기판(10)의 영역마다 플라즈마 노출 시간은 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(120)의 중심부(CNT)에 대한 기판(10)의 버텀 부분(BA)의 반지름(r2)이 기판(10)의 탑 부분(TA)의 반지름(r1)보다 길기 때문에, 기판(10)이 기판 지지부(120)에 고정된 상태에서 기판 지지부(120)가 회전하게 되면, 상기 버텀 부분(BA)의 원주율(2πr2)이 상기 탑 부분(TA)의 원주율(2πr1)보다 길게 된다. 이러한 원주율(2πr1, 2πr2)의 편차에 의해 상기 기판(10)의 탑 부분(TA)과 상기 버텀 부분(BA) 간의 플라즈마 노출 편차(2π(r2-r1))가 발생하고, 이로 인해 상기 기판(10)의 탑 부분(TA) 대비 상기 버텀 부분(BA)의 플라즈마 노출 시간이 감쇠하게 된다.
위와 같은 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따라 기판(10)의 플라즈마 노출 편차를 최소화하기 위해, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 기판(10)의 탑 부분(TA)에 중첩되도록 평면적으로 사각 형태로 형성되어 상기 제 1 전극(312)의 하면에 결합될 수 있다. 이때, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 세라믹 등의 절연 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 기판(10)의 탑 부분(TA)에 제공되는 플라즈마를 감소 내지 차폐시키기 위한 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 상기 기판 지지부(120)에 지지된 각 기판(10)의 탑 부분(TA)에 중첩되도록 상기 제 1 전극(312)의 하면에 결합되어 기판(10)의 탑 부분(TA)으로 제공되는 플라즈마를 감쇠(또는 차폐)시킴으로써 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따라 기판(10)에 제공되는 플라즈마의 편차를 최소화한다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 박막 증착 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(10)을 기판 지지부(120)에 일정한 간격으로 로딩시켜 안착시킨다.
그런 다음, 복수의 기판(10)이 로딩되어 안착된 기판 지지부(120)를 소정 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전시킨다.
이어서, 상기 박막 증착 모듈부(140)를 통해 공간적으로 분리되는 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG)를 기판 지지부(120) 상에 분사한다. 이와 동시에 상기 플라즈마 모듈부(150)를 통해 상기 갭 공간에 플라즈마를 형성한다. 이때, 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG) 각각은 공정 챔버(110)의 공정 공간 내에서 ALD 공정과 플라즈마 트리트먼트 공정이 1 싸이클 내에서 순차적으로 수행되거나 1 싸이클 마다 순차적(또는 교번적)으로 수행되도록 동시에 분사되거나 순차적으로 분사될 수 있다. 여기서, 상기 1 싸이클은 상기 기판 지지부(120)의 1 회전으로 정의될 수 있다.
이에 따라, 복수의 기판(10) 각각은 기판 지지부(120)의 회전에 따라 상기 제 1 내지 제 3 가스 분사 영역 각각을 통과함으로써 상기 제 1 내지 제 3 가스 분사 영역에 분사되는 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG)에 순차적으로 노출되고, 이로 인해 복수의 기판(10) 각각에는 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG)의 상호 반응에 의해 소정의 박막이 증착된다. 그리고, 소정의 박막이 증착된 기판(10)은 기판 지지부(120)의 회전에 따라 상기 플라즈마 트리트먼트 영역을 통과하면서 상기 플라즈마 모듈부(150)에서 제공되는 플라즈마에 노출되고, 이로 인해 기판(10)에 증착된 박막에 대한 플라즈마 트리트먼트 공정에 의해 박막의 표면 및 내부에 존재하는 불순물 등이 제거되어 박막의 막질이 개선되게 된다. 이때, 각 기판(10)에 제공되는 플라즈마의 일부가 상기 플라즈마 모듈부(150)의 하면에 설치된 플라즈마 감쇠 부재(318)에 의해 감쇠되어 상기 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따른 플라즈마 노출 시간의 편차가 보상됨으로써 각 기판(10)의 전영역에 걸쳐 균일한 플라즈마 트리트먼트 공정이 수행되게 된다.
일 예로서, 기판(10) 상에 질화티타늄(TiN) 박막을 증착할 경우, 상기 박막 증착 모듈부(140)의 제 1 가스 분사 모듈(140a)은 사염화티타늄(TiCl4) 가스를 포함하는 소스 가스(SG)를 분사하고, 상기 박막 증착 모듈부(140)의 제 2 및 제 3 가스 분사 모듈(140b, 140c) 각각은 암모니아(NH3) 가스로 이루어진 반응 가스(RG)를 분사하며, 상기 플라즈마 모듈부(150)는 수소(H2)/질소(N2) 가스로 이루어진 트리트먼트 가스에 따른 플라즈마를 기판(10)에 제공한다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 회전에 따라 상기 제 1 내지 제 3 가스 분사 영역 각각을 통과하는 기판(10) 상에는 상기 소스 가스(SG)와 상기 반응 가스(RG)의 상호 반응에 의해 질화티타늄(TiN) 박막이 증착된다. 그리고, 질화티타늄(TiN) 박막이 증착된 기판(10)은 상기 기판 지지부(120)의 회전에 따라 상기 플라즈마 트리트먼트 영역을 통과하면서 상기 플라즈마 모듈부(150)에서 제공되는 플라즈마에 노출되고, 이로 인해 기판(10)에 증착된 상기 질화티타늄(TiN) 박막의 표면 및 내부에 존재하는 염소(chlorine) 성분은 플라즈마화된 트리트먼트 가스와 결합하여 염화수소(HCl) 가스와 질소(N2) 가스로 되어 제거됨으로써 상기 질화티타늄(TiN) 박막의 계면 특성 등의 막질이 개선되게 된다. 이러한 플라즈마 트리트먼트 공정에서는 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따라 상대적으로 많은 시간 동안 플라즈마에 노출되는 기판(10)의 탑 부분(TA)에 제공되는 플라즈마가 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)에 의해 감쇠됨으로써 박막의 막질 개선을 위한 플라즈마 트리트먼트 공정이 기판(10)의 전영역에 걸쳐 균일하게 수행되게 된다.
도 8 내지 도 12는 도 1 및 도 3 내지 도 6에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재의 다양한 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재(318)는 복수의 블랭크(blank, 318a)를 포함하도록 평면적으로 사각 형태로 형성되어 기판(10)의 탑 부분(TA)에 중첩되는 상기 제 1 전극(312)의 하면에 결합될 수 있다.
상기 복수의 블랭크 영역(318a) 각각은 상기 갭 공간(GS1, GS2)에 중첩되는 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)를 관통하도록 형성될 수 있다. 이러한 상기 복수의 블랭크 영역(318a) 각각은 상기 갭 공간(GS1, GS2)에 형성되는 플라즈마의 일부가 기판(10)으로 제공되는 통로 역할을 함으로써 기판(10)의 전영역에 걸쳐 전술한 플라즈마 트리트먼트 공정이 균일하게 수행되도록 한다. 이와 같은, 상기 복수의 블랭크 영역(318a) 각각은 사각 또는 원형 등의 단면을 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 도 7에서는 상기 복수의 블랭크 영역(318a) 각각이 상기 갭 공간(GS1, GS2)에 중첩되도록 형성된 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 상기 복수의 블랭크 영역(318a) 각각은 상기 갭 공간(GS1, GS2)과 제 1 전극(312) 및 상기 플라즈마 전극(313a, 313b) 중 적어도 하나에 중첩되도록 형성될 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재(318)는 평면적으로 삼각 형태로 형성되어 기판(10)의 내측 가장자리(또는 탑 부분(TA))에서부터 중심부(CNT)까지의 영역에 중첩되는 상기 제 1 전극(312)의 하면에 결합될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 상기 접지 전극(132)의 내측 격벽에 중첩되는 밑변, 및 기판(10)의 중심부에 중첩되는 꼭지점을 포함하는 삼각 형태로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재(318)는 평면적으로 사다리꼴 형태를 가지도록 형성되어 기판(10)의 내측 가장자리(또는 탑 부분(TA))에서부터 기판(10)의 중심부(CNT)와 기판(10)의 외측 가장자리 부분(또는 버텀 부분(BA)) 사이의 중간까지의 영역에 중첩되는 상기 제 1 전극(312)의 하면에 결합될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 상기 접지 전극(132)의 내측 격벽에 중첩되는 밑변, 기판(10)의 중심부(CNT)와 버텀 부분(BA) 사이의 중간에 중첩되는 윗변, 및 상기 밑변과 윗변 사이의 경사면을 포함하는 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재(318)는 평면적으로 삼각 형태를 가지도록 형성되어 기판(10)의 내측 가장자리(또는 탑 부분(TA))에서부터 기판(10)의 외측 가장자리 부분(또는 버텀 부분(BA))까지의 영역에 중첩되는 상기 제 1 전극(312)의 하면에 결합될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 상기 접지 전극(132)의 내측 격벽에 중첩되는 밑변, 및 상기 접지 전극(132)의 외측 격벽 중심부에 중첩되는 꼭지점을 포함하는 삼각 형태로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재(318)는 평면적으로 사각 형태와 삼각 형태가 조합된 형태를 가지도록 형성되어 기판(10)의 내측 가장자리(또는 탑 부분(TA))에서부터 기판(10)의 외측 가장자리 부분(또는 버텀 부분(BA))까지의 영역에 중첩되는 상기 제 1 전극(312)의 하면에 결합될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)는 상기 접지 전극(132)의 내측 격벽과 기판(10)의 탑 부분(TA)에 중첩되는 사각 형태, 및 상기 사각 형태에 접하는 밑변과 상기 접지 전극(132)의 외측 격벽 중심부에 중첩되는 꼭지점을 포함하는 삼각 형태로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 내지 제 5 실시 예에 따른 플라즈마 감쇠 부재(318)는, 도 8에 도시된 복수의 블랭크(318a)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 복수의 블랭크(318a)는 일정한 간격으로 형성되거나, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)의 형태에 따라 다양한 간격으로 형성될 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)를 통해 기판(10)의 일부 영역에 제공되는 플라즈마를 국부적으로 감쇠시킴으로써 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따른 기판(10)의 전영역에 대한 플라즈마 노출 시간 편차를 최소화하여 기판(10)의 전영역에 걸쳐 균일한 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행할 수 있으며, 상기 플라즈마 감쇠 부재(318)의 교체를 통해 기판(10)에 제공되는 플라즈마를 조절할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도로서, 이는 박막 증착 모듈을 변경하여 구성한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 박막 증착 모듈에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제 2 실시 예의 기판 처리 장치의 박막 증착 모듈(140)은 퍼지 가스(purge gas)를 분사하기 위한 제 1 및 제 2 퍼지 가스 분사 모듈(140d, 140e)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 퍼지 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 헬륨(He), 또는 아르곤(Ar)/헬륨(He) 등의 가스로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 퍼지 가스 분사 모듈(140d)은 전술한 제 1 가스 분사 모듈(140a)과 제 2 가스 분사 모듈(140b) 사이에 배치되도록 전술한 상기 챔버 리드(130)에 마련된 제 4 모듈 설치부(미도시)에 분리 가능하게 설치된다. 이러한 상기 제 1 퍼지 가스 분사 모듈(140d)은 외부의 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 상기 퍼지 가스를 기판(10) 상에 분사함으로써 기판(10)에 증착되지 않고 남은 소스 가스 및/또는 반응 가스와 반응하지 않고 잔존하는 소스 가스를 제거하여 박막의 막질을 향상시킨다. 이와 동시에, 상기 제 1 퍼지 가스 분사 모듈(140d)은 상기 제 1 가스 분사 모듈(140a)로부터 소스 가스가 분사되는 제 1 가스 분사 영역과 상기 제 2 가스 분사 모듈(140b)로부터 반응 가스가 분사되는 제 2 가스 분사 영역 사이에 가스 장벽을 형성함으로써 제 1 및 제 2 가스 분사 영역을 공간적으로 분리한다.
상기 제 2 퍼지 가스 분사 모듈(140e)은 전술한 제 1 가스 분사 모듈(140a)과 플라즈마 모듈부(150) 사이에 배치되도록 전술한 상기 챔버 리드(130)에 마련된 제 5 모듈 설치부(미도시)에 분리 가능하게 설치된다. 이러한 상기 제 2 퍼지 가스 분사 모듈(140e)은 상기 퍼지 가스 공급부로부터 공급되는 상기 퍼지 가스를 기판(10) 상에 분사함으로써 기판(10)에 증착되지 않고 남은 소스 가스 및/또는 반응 가스와 반응하지 않고 잔존하는 소스 가스를 제거하여 박막의 막질을 향상시킨다. 이와 동시에, 상기 제 2 퍼지 가스 분사 모듈(140e)은 상기 제 1 가스 분사 모듈(140a)로부터 소스 가스가 분사되는 제 1 가스 분사 영역과 상기 제 2 퍼지 가스 분사 모듈(140e)에 형성되는 플라즈마 트리트먼트 영역 사이에 가스 장벽을 형성함으로써 상기 제 1 가스 분사 영역과 상기 플라즈마 트리트먼트 영역을 공간적으로 분리한다.
상기 제 1 및 제 2 퍼지 가스 분사 모듈(140d, 140e) 각각은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 1 가스 분사 모듈(140a)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 이러한 상기 제 1 및 제 2 퍼지 가스 분사 모듈(140d, 140e) 각각은 가스 공급 홀(220)을 통해 외부의 퍼지 가스 공급부로부터 가스 분사 공간(212)에 공급되는 퍼지 가스를 기판(10) 상에 분사할 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 동일한 효과를 제공하면서, 퍼지 가스 분사 모듈(140d, 140e)을 통해 기판(10) 상에 퍼지 가스를 분사하여 기판(10)에 증착되지 않은 소스 가스 및/또는 소스 가스와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스를 퍼지시킴으로써 기판(10)에 증착되는 박막의 막질을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 15는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도로서, 이는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 퍼지 가스 분사부를 추가로 구성한 것이다. 이하, 본 발명의 제 3 실시 예를 설명함에 있어 제 2 실시 예와 동일 또는 대응되는 구성에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 퍼지 가스 분사부(170)는 전술한 제 1 내지 제 3 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c)과 상기 플라즈마 모듈부(150) 사이사이에 대응되는 기판 지지부(120) 상에 정의된 복수의 퍼지 가스 분사 영역 각각에 중첩되도록 챔버 리드(130)에 설치된다. 여기서, 상기 퍼지 가스 분사부(170)는 상기 제 1 내지 제 3 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c)과 상기 플라즈마 모듈부(150)의 배치 구조에 따라 "+"자, "×"자, "＊"자, 또는 "Y"자 형태로 형성되어 챔버 리드(130)에 형성되어 있는 퍼지 가스 분사 모듈 설치부(130e)에 분리 가능하게 삽입 설치된다.
상기 퍼지 가스 분사부(170)는 외부의 퍼지 가스 공급부로부터 공급되는 상기 퍼지 가스를 복수의 퍼지 가스 분사 영역 각각에 하향 분사함으로써 기판(10)에 증착되지 않은 소스 가스 및/또는 소스 가스와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스를 퍼지(purge)시키는 역할을 한다. 또한, 상기 퍼지 가스 분사부(170)는 제 1 내지 제 3 가스 분사 영역과 상기 플라즈마 트리트먼트 영역 사이사이에 퍼지 가스를 분사하여 가스 장벽을 형성함으로써 각 영역을 공간적으로 분리하는 역할도 함께 수행한다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 동일한 효과를 제공하면서, 상기 퍼지 가스 분사부(170)에서 분사되는 퍼지 가스를 이용하여 기판(10) 상에 분사되는 소스 가스와 반응 가스를 공간적으로 분리함으로써 기판(10)에 증착되는 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서, 상기 퍼지 가스 분사부(170)의 하면은 상기 챔버 리드(130)의 하면으로부터 일정한 높이를 가지도록 기판 지지부(120) 쪽으로 돌출될 수 있는데, 이 경우, 상기 퍼지 가스는 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스보다 상대적으로 가까운 거리에서 기판(10) 상으로 분사되게 된다. 이에 따라, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 퍼지 가스를 이용하여 소스 가스와 반응 가스가 기판 지지부(120) 상에 분사되는 도중에 서로 혼합되는 것을 방지할 수 있으며, 특히 기판 지지부(120)의 고속 회전에 따라 기판(10)의 이동 속도가 빠르더라도 소스 가스와 반응 가스의 혼합이 방지되므로 기판에 대한 ALD 공정을 고속으로 수행할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도로서, 이는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 박막 증착 모듈부와 플라즈마 모듈부의 구성을 변경하여 구성한 것이다. 이하, 본 발명의 제 4 실시 예를 설명함에 있어 제 3 실시 예와 동일 또는 대응되는 구성에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 상기 박막 증착 모듈부(140)는 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(440a, 440b)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 가스 분사 모듈(440a)은 전술한 바와 같이 챔버 리드(130)에 마련된 제 1 모듈 설치부(130a, 도 14 참조)에 분리 가능하게 삽입 설치되어, 외부의 소스 가스 공급부로부터 공급되는 소스 가스를 전술한 제 1 가스 분사 영역에 하향 분사한다. 이러한 상기 제 1 가스 분사 모듈(440a)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 1 가스 분사 모듈(140a)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 가스 분사 모듈(440b)은 전술한 바와 같이 챔버 리드(130)에 마련된 제 2 모듈 설치부(130b, 도 14 참조)에 분리 가능하게 삽입 설치되어, 외부의 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스를 전술한 제 2 가스 분사 영역에 하향 분사한다. 이러한 상기 제 2 가스 분사 모듈(440b)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 2 가스 분사 모듈(140b)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(440a, 440b)은 전술한 퍼지 가스 분사 모듈부(170)에 의해 공간적으로 분리된다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 영역 사이에는 상기 퍼지 가스 분사 모듈부(170)로부터 분사되는 퍼지 가스에 의한 가스 장벽에 의해 공간적으로 분리된다.
상기 플라즈마 모듈부(150)는 제 1 및 제 2 플라즈마 모듈(450a, 450b)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 플라즈마 모듈(450a)은 전술한 바와 같이 챔버 리드(130)에 마련된 제 3 모듈 설치부(130c, 도 14 참조)에 분리 가능하게 삽입 설치되어, 외부의 트리트먼트 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 트리트먼트 가스와 외부의 플라즈마 전원 공급부(미도시)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 플라즈마를 형성하여 기판(10)에 제공한다. 여기서, 상기 제 1 플라즈마 모듈(450a)에서 형성되는 플라즈마는 기판 지지부(120)의 회전에 따라 제 1 플라즈마 트리트먼트 영역을 지나가는 기판(10)에 제공된다.
상기 제 2 플라즈마 모듈(450b)은 전술한 바와 같이 챔버 리드(130)에 마련된 제 4 모듈 설치부(130d, 도 14 참조)에 분리 가능하게 삽입 설치되어, 상기 트리트먼트 가스 공급부로부터 공급되는 트리트먼트 가스와 상기 플라즈마 전원 공급부로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 플라즈마를 형성하여 기판(10)에 제공한다. 여기서, 상기 제 2 플라즈마 모듈(450b)에서 형성되는 플라즈마는 기판 지지부(120)의 회전에 따라, 상기 퍼지 가스 분사 모듈부(170)를 사이에 두고 인접한 제 2 플라즈마 트리트먼트 영역을 지나가는 기판(10)에 제공된다.
상기 제 1 및 제 2 플라즈마 모듈(450a, 450b) 각각은, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(311), 제 1 전극(312), 플라즈마 전극(313a, 313b), 제 1 절연체(314), 전원 전달 부재(315), 제 2 절연체(316), 트리트먼트 가스 공급 홀(317), 및 플라즈마 감쇠 부재(318)를 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 플라즈마 모듈부(150)와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 및 제 2 플라즈마 모듈(450a, 450b)은 전술한 퍼지 가스 분사 모듈부(170)에 의해 공간적으로 분리된다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 플라즈마 트리트먼트 영역 사이에는 상기 퍼지 가스 분사 모듈부(170)로부터 분사되는 퍼지 가스에 의한 가스 장벽에 의해 공간적으로 분리된다.
이와 같은, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 동일한 효과를 제공하면서, 서로 인접하게 배치된 2개의 플라즈마 모듈(450a, 450b)을 통해 기판 지지부(120)의 회전에 따라 각 기판(10)에 대해 2회의 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행함으로써 기판(10)에 증착되는 박막의 막질을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도로서, 이는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 박막 증착 모듈부의 구성을 변경하여 구성한 것이다. 이하, 본 발명의 제 5 실시 예를 설명함에 있어 제 3 실시 예와 동일 또는 대응되는 구성에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 박막 증착 모듈부(140)는 제 1 내지 제 3 가스 분사 모듈(540a, 540b, 540c)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 가스 분사 모듈(540a)은 전술한 바와 같이 챔버 리드(130)에 마련된 제 1 모듈 설치부(130a, 도 14 참조)에 분리 가능하게 삽입 설치되어, 외부의 소스 가스 공급부로부터 공급되는 상기 소스 가스를 전술한 제 1 가스 분사 영역에 하향 분사한다. 이러한 상기 제 1 가스 분사 모듈(540a)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 1 가스 분사 모듈(140a)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 가스 분사 모듈(540b)은 전술한 바와 같이 챔버 리드(130)에 마련된 제 3 모듈 설치부(130c, 도 14 참조)에 분리 가능하게 삽입 설치되어, 외부의 반응 가스 공급부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 전술한 제 3 가스 분사 영역에 하향 분사한다. 이러한 상기 제 3 가스 분사 모듈(540b)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 2 가스 분사 모듈(140b)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 3 가스 분사 모듈(540c)은 전술한 바와 같이 챔버 리드(130)에 마련된 제 2 모듈 설치부(130b, 도 14 참조)에 분리 가능하게 삽입 설치되어, 외부의 퍼지 가스 공급부로부터 공급되는 상기 퍼지 가스를 전술한 제 2 가스 분사 영역에 하향 분사한다. 이러한 상기 제 2 가스 분사 모듈(540b)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로, 이는 전술한 제 1 가스 분사 모듈(140a)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 내지 제 3 가스 분사 모듈(540a, 540b, 540c)은 전술한 퍼지 가스 분사 모듈부(170)에 의해 공간적으로 분리된다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 3 가스 분사 영역 사이에는 상기 퍼지 가스 분사 모듈부(170)로부터 분사되는 퍼지 가스에 의한 가스 장벽에 의해 공간적으로 분리된다.
이와 같은, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 동일한 효과를 제공하면서, 제 2 가스 분사 모듈(540b)을 통해 기판(10) 상에 퍼지 가스를 분사하여 기판(10)에 증착되지 않은 소스 가스 및/또는 소스 가스와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스를 퍼지시킴으로써 기판(10)에 증착되는 박막의 막질을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상과 같은, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치에서는, 박막 증착 모듈부(140)를 구성하는 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 440a, 440b, 540a, 540b, 540c) 각각이, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(210), 및 복수의 가스 공급 홀(220)을 포함하여 구성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 440a, 440b, 540a, 540b, 540c) 각각은, 도 3 내지 도 6에 도시된 상기 플라즈마 모듈부(150)와 동일하게 구성될 수 있다. 또한, 기판(10) 상에 증착하고자 하는 박막의 재질에 따라 소스 가스, 반응 가스, 및 퍼지 가스 중 적어도 하나를 활성화시켜 기판(10) 상에 분사할 경우, 해당 가스를 분사하는 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 440a, 440b, 540a, 540b, 540c)의 플라즈마 전극(313a, 313b)에 상기 플라즈마 전원이 인가되도록 구성할 수도 있다. 그리고, 상기 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 440a, 440b, 540a, 540b, 540c)의 플라즈마 감쇠 부재(318)는 기판 지지부(120)의 회전에 따른 기판(10)의 가스 노출 시간에 따라 생략되거나 생략되지 않을 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치에서는, 기판 지지부(120)의 회전에 따른 ALD 공정에 통해 기판(10) 상에 박막을 증착하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치는 기판 지지부(120)의 회전에 따라 복수의 기판(10)을 이동시키면서 이동되는 각 기판(10)에 상기 소스 가스와 상기 반응 가스를 동시에 도달시키는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 기판(10) 상에 소정의 박막을 증착할 수도 있다. 이 경우, 전술한 박막 증착 모듈부(140)를 구성하는 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c, 440a, 440b, 540a, 540b) 각각은, 도 3 내지 도 6에 도시된 상기 플라즈마 모듈부(150)와 동일하게 구성되되, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 갭 공간(GS2)에 소스 가스(SG)가 공급되고, 상기 제 2 갭 공간(GS2)에 반응 가스(RG)가 공급되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 회전에 따라 이동되는 기판(10)은 가스 분사 모듈(140a, 140b, 140c, 440a, 440b, 540a, 540b)의 하부를 통과하여 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG)를 동시에 노출됨으로써 상기 기판(10)에는 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG)의 상호 반응에 의한 CVD 공정에 의해 소정의 박막이 증착된다. 여기서, 기판(10) 상에 증착하고자 하는 박막의 재질에 따라 소스 가스 및/또는 반응 가스를 활성화시켜 기판(10) 상에 분사할 경우, 상기 제 1 및/또는 제 2 플라즈마 전극(313a, 313b)에 상기 플라즈마 전원이 인가되도록 구성할 수도 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. 그러므로, 본 발명의 범위는 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.
110: 공정 챔버 120: 기판 지지부
130: 챔버 리드 140: 박막 증착 모듈부
150: 플라즈마 모듈부 160: 플라즈마 전원 공급부
170: 퍼지 가스 분사부 311: 상부 플레이트
312: 접지 전극 313: 플라즈마 전극
314, 316: 절연체 315: 전원 전달 부재
317: 트리트먼트 가스 공급 홀 318: 플라즈마 감쇠 부재

Claims (22)

  1. 공정 공간을 마련하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하며, 회전축을 기준으로 회전하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부에 마주보도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드;
    상기 기판 지지부에 국부적으로 마주보도록 상기 챔버 리드에 설치되고, 외부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 기판 지지부 상에 국부적으로 분사하는 박막 증착 모듈부; 및
    상기 박막 증착 모듈부와 공간적으로 분리되도록 배치되어 상기 기판에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 모듈부를 포함하며,
    상기 플라즈마 모듈부는,
    서로 마주보게 배치되어 전위차에 따라 상기 플라즈마를 형성하는 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하는 플라즈마 전극; 및
    상기 플라즈마 전극의 하부에 배치되며, 상기 플라즈마 전극으로부터 상기 기판에 제공되는 상기 플라즈마를 국부적으로 감쇠시키는 플라즈마 감쇠 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 감쇠 부재는 상기 제 2 전극의 하면과 이격되도록 상기 제 1 전극의 하면에 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 감쇠 부재는 상기 기판의 일부 영역에 제공되는 플라즈마를 국부적으로 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 감쇠 부재는 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 기판의 내측 영역, 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 기판의 내측 가장자리에서부터 상기 기판의 중심부까지의 영역, 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 기판의 내측 가장자리에서부터 상기 기판의 중심부와 기판의 외측 가장자리 사이까지의 영역, 및 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 기판의 내측 가장자리에서부터 상기 기판의 외측 가장자리까지의 영역 중에서 어느 하나의 영역에 중첩되도록 배치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 감쇠 부재는 사각 형태, 삼각 형태, 사다리꼴 형태, 및 사각 형태와 삼각 형태가 조합된 형태 중에서 어느 하나의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 모듈부는 외부의 가스 공급부로부터 공급되는 가스와 외부의 플라즈마 전원 공급부로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 플라즈마를 형성하고,
    상기 외부의 가스 공급부로부터 상기 플라즈마 모듈부로 공급되는 가스는 수소(H2), 질소(N2), 암모니아(NH3), 염소(Cl), 또는 산소(O2)인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 감쇠 부재는 상기 플라즈마가 기판으로 제공되는 통로 역할을 하는 복수의 블랭크(blank)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 증착 모듈부는,
    상기 챔버 리드에 설치되어 상기 기판 상에 소스 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 1 가스 분사 모듈; 및
    상기 제 1 가스 분사 모듈과 공간적으로 분리되도록 상기 챔버 리드에 설치되어 상기 기판 상에 반응 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 2 가스 분사 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플라즈마 모듈부는 상기 제 1 가스 분사 모듈과 상기 제 2 가스 분사 모듈 각각과 공간적으로 분리되도록 상기 챔버 리드에 설치된 제 1 플라즈마 모듈 및 제 2 플라즈마 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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