KR102143146B1 - Apparatus for processing substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 방전이 기판까지 전달되는 것을 방지하여 플라즈마 방전에 의한 기판이 손상과 막질 저하를 최소화할 수 있도록 한 기판 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 제공하는 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 플라즈마를 이용해 공정 가스를 해리시켜 기판 상에 분사하는 가스 분사 모듈을 포함하고, 상기 가스 분사 모듈은 복수의 전극 삽입부를 가지는 하부 프레임; 갭 공간을 가지도록 상기 복수의 전극 삽입부 각각에 삽입된 복수의 돌출 전극과, 상기 공정 가스를 상기 기판 상에 분사하도록 상기 복수의 돌출 전극에 형성된 공정 가스 분사 홀을 갖는 상부 프레임을 포함한다.The present invention relates to a substrate processing apparatus capable of preventing plasma discharge from being transmitted to a substrate to minimize damage to a substrate and film quality deterioration due to plasma discharge, wherein the substrate processing apparatus according to the present invention is a process for providing a reaction space chamber; And a gas injection module installed inside the process chamber to dissociate a process gas using plasma and inject it onto a substrate, wherein the gas injection module includes a lower frame having a plurality of electrode insertion portions; And an upper frame having a plurality of protruding electrodes inserted into each of the plurality of electrode insertion portions to have a gap space, and a process gas injection hole formed in the plurality of protruding electrodes to inject the process gas onto the substrate.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}Substrate processing device{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 기판에 증착되는 박막의 증착 균일도를 증가시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus capable of increasing the deposition uniformity of a thin film deposited on a substrate.

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, etc., a predetermined thin film layer, a thin film circuit pattern, or an optical pattern must be formed on the surface of a substrate. A semiconductor manufacturing process such as a thin film deposition process, a photo process of selectively exposing the thin film using a photosensitive material, and an etching process of forming a pattern by selectively removing the thin film at the exposed portion is 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 proceeds inside a substrate processing apparatus designed in an optimal environment for the process, and recently, a substrate processing apparatus that performs a deposition or etching process using plasma has been 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.Substrate processing apparatuses using plasma include PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) apparatuses for forming thin films using plasma, and plasma etching apparatuses for patterning thin films by etching.

도 1은 종래의 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a conventional 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 chamber 10, a plasma electrode 20, a susceptor 30, and a gas injection means 40.

챔버(10)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간을 제공한다. 이때, 챔버(10)의 일측 바닥면은 반응 공간을 배기시키기 위한 배기구(12)에 연통된다.The chamber 10 provides a reaction space for the substrate processing process. At this time, the bottom surface of one side of the chamber 10 communicates with the exhaust port 12 for exhausting the reaction space.

플라즈마 전극(20)은 반응 공간을 밀폐하도록 챔버(10)의 상부에 설치된다.The plasma electrode 20 is installed above the chamber 10 to seal the reaction space.

플라즈마 전극(20)의 일측은 전원 케이블을 통해 RF(Radio Frequency) 전원(22)에 전기적으로 접속된다. 이때, RF 전원(22)은 RF 전력을 생성하여 플라즈마 전극(20)에 공급한다.One side of the plasma electrode 20 is electrically connected to a radio frequency (RF) power source 22 through a power cable. At this time, the RF power source 22 generates RF power and supplies it to the plasma electrode 20.

또한, 플라즈마 전극(20)의 중앙 부분은 기판 처리 공정을 위한 공정 가스를 공급하는 가스 공급관(26)에 연통된다.Further, the central portion of the plasma electrode 20 communicates with a gas supply pipe 26 supplying a process gas for a substrate processing process.

서셉터(30)는 챔버(10)의 내부에 설치되어 외부로부터 로딩되는 기판(S)을 지지한다. 이러한 서셉터(30)는 플라즈마 전극(20)에 대향되는 대향 전극으로써, 서셉터(30)를 지지하는 지지축(32)을 통해 전기적으로 접지된다. 이때, 지지축(32)은 지지축(32)과 챔버(10)의 하면을 밀봉하는 벨로우즈(34)에 의해 감싸여진다.The susceptor 30 is installed inside the chamber 10 to support the substrate S loaded from the outside. The susceptor 30 is an opposite electrode facing the plasma electrode 20 and is electrically grounded through a support shaft 32 supporting the susceptor 30. At this time, the support shaft 32 is surrounded by the support shaft 32 and the bellows 34 sealing the lower surface of the chamber 10.

가스 분사 수단(40)은 서셉터(30)에 대향되도록 플라즈마 전극(20)의 하부에 설치된다. 상기 가스 분사 수단(40)과 플라즈마 전극(20) 사이에는 플라즈마 전극(20)을 관통하는 가스 공급관(26)으로부터 공급되는 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.The gas injection means 40 is installed under the plasma electrode 20 so as to face the susceptor 30. A gas buffer space 42 is formed between the gas injection means 40 and the plasma electrode 20 to supply the process gas supplied from the gas supply pipe 26 passing through the plasma electrode 20. At this time, the process gas is formed in a form in which a source gas and a reaction gas for forming a predetermined thin film on the substrate S are mixed and supplied to the gas buffer space 42. The gas injection means 40 injects the process gas into the reaction space through the plurality of gas injection holes 44 communicated with the gas buffer space 42.

이와 같은, 일반적인 기판 처리 장치는 기판(S)을 서셉터(30)에 로딩시킨 다음, 챔버(10)의 반응 공간에 소정의 공정 가스를 분사하면서 플라즈마 전극(20)에 RF 전력을 공급하여 가스 분사 수단(40)과 서셉터(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.In such a general substrate processing apparatus, a substrate S is loaded onto the susceptor 30, and then a predetermined process gas is injected into the reaction space of the chamber 10 while supplying RF power to the plasma electrode 20 to provide gas. By forming a plasma discharge P between the spraying means 40 and the susceptor 30, molecules of the process gas ionized by the plasma discharge P are deposited on the substrate S to obtain a predetermined amount on the substrate S. To form a thin film.

그러나, 일반적인 기판 처리 장치는 상기 공정 가스가 분사되는 공간과 상기 플라즈마 방전(P)이 형성되는 공간이 동일하기 때문에, 플라즈마 방전(P)이 기판(S) 위에서 이루어지고, 그에 따라, 플라즈마 방전(P)에 의해서 기판(S)이 손상되고 막질이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 일반적인 기판 처리 장치는 플라즈마 방전(P)에 의해 이온화된 공정 가스가 가스 분사 홀(44)의 주변에 증착되어 파우더 성분의 이상 박막이 형성되고, 상기 이상 박막이 기판에 떨어지는 파티클을 유발시키는 문제점이 있다.However, in a general substrate processing apparatus, since the space in which the process gas is injected and the space in which the plasma discharge P is formed are the same, the plasma discharge P is performed on the substrate S, and accordingly, the plasma discharge ( There is a problem that the substrate S is damaged by P) and the film quality is deteriorated. In addition, in a general substrate processing apparatus, a process gas ionized by plasma discharge (P) is deposited around the gas injection hole 44 to form an abnormal thin film of powder component, and the abnormal thin film causes particles to fall on the substrate. There is a problem.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 방전이 기판까지 전달되는 것을 방지하여 플라즈마 방전에 의한 기판이 손상과 막질 저하를 최소화할 수 있도록 한 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of minimizing damage to a substrate and deterioration of film quality by preventing plasma discharge from being transmitted to a substrate.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 제공하는 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 플라즈마를 이용해 공정 가스를 해리시켜 기판 상에 분사하는 가스 분사 모듈을 포함하고, 상기 가스 분사 모듈은 복수의 전극 삽입부를 가지는 하부 프레임; 갭 공간을 가지도록 상기 복수의 전극 삽입부 각각에 삽입된 복수의 돌출 전극과, 상기 공정 가스를 상기 기판 상에 분사하도록 상기 복수의 돌출 전극에 형성된 공정 가스 분사 홀을 갖는 상부 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.A substrate processing apparatus according to the present invention for achieving the above-described technical problem comprises: a process chamber providing a reaction space; And a gas injection module installed inside the process chamber to dissociate a process gas using plasma and inject it onto a substrate, wherein the gas injection module includes a lower frame having a plurality of electrode insertion portions; And an upper frame having a plurality of protruding electrodes inserted into each of the plurality of electrode insertion portions to have a gap space, and a process gas injection hole formed in the plurality of protruding electrodes to inject the process gas onto the substrate. It features.

상기 가스 분사 모듈은 상기 상부 및 하부 프레임 사이에 형성되어 상기 복수의 돌출 전극 각각이 관통하여 상기 복수의 전극 삽입부에 삽입되도록 하는 복수의 전극 관통부를 가지는 절연 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.The gas injection module may include an insulating plate formed between the upper and lower frames and having a plurality of electrode penetrations through which each of the plurality of protruding electrodes penetrates and is inserted into the plurality of electrode inserts.

상기 상부 프레임과 상기 절연 플레이트 및 상기 하부 프레임 각각은 단일 몸체로 일체화된 것을 특징으로 한다.Each of the upper frame, the insulating plate, and the lower frame is integrated into a single body.

상기 돌출 전극과 상기 전극 삽입부 간의 간격은 상기 돌출 전극의 하면과 상기 기판 간의 간격보다 좁은 것을 특징으로 한다.A distance between the protruding electrode and the electrode insertion part is narrower than a distance between the lower surface of the protruding electrode and the substrate.

상기 갭 공간에 중첩되는 상부 프레임에는 상기 플라즈마 형성을 위한 희석 가스를 상기 갭 공간에 분사하는 복수의 희석 가스 분사 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.The upper frame overlapping the gap space is characterized in that a plurality of dilution gas injection holes for spraying the dilution gas for plasma formation into the gap space are formed.

상기 상부 프레임은 전기적으로 접지되고, 상기 플라즈마는 상기 복수의 희석 가스 분사 홀을 통해 상기 갭 공간에 분사되는 상기 희석 가스와 상기 하부 프레임에 공급되는 플라즈마 전원에 의해 발생되는 것을 특징으로 한다.The upper frame is electrically grounded, and the plasma is generated by the dilution gas sprayed into the gap space through the plurality of dilution gas injection holes and plasma power supplied to the lower frame.

상기 하부 프레임은 전기적으로 접지되고, 상기 플라즈마는 상기 복수의 희석 가스 분사 홀을 통해 상기 갭 공간에 분사되는 상기 희석 가스와 상기 상부 프레임에 공급되는 플라즈마 전원에 의해 발생되는 것을 특징으로 한다.The lower frame is electrically grounded, and the plasma is generated by the dilution gas sprayed into the gap space through the plurality of dilution gas injection holes and plasma power supplied to the upper frame.

상기 복수의 돌출 전극 각각의 하면과 상기 기판 사이의 간격은 상기 하부 프레임의 하면과 상기 기판 사이의 간격과 동일하거나 다른 것을 특징으로 한다.A distance between the lower surface of each of the plurality of protruding electrodes and the substrate is the same as or different from the distance between the lower surface of the lower frame and the substrate.

상기 복수의 전극 삽입부 각각은 원 또는 다각 형태의 단면을 가지도록 형성되고, 상기 복수의 접지 전극 각각은 상기 전극 삽입부와 동일한 단면 형태를 가지도록 형성되어 상기 전극 삽입부에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 한다.Each of the plurality of electrode insertion portions is formed to have a circular or polygonal cross-section, and each of the plurality of ground electrodes is formed to have the same cross-sectional shape as that of the electrode insertion portion and is surrounded by the electrode insertion portion. To do.

상기 복수의 전극 삽입부 각각은 격자 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.Each of the plurality of electrode insertion portions is arranged in a grid shape.

상기 복수의 전극 삽입부 각각은 n개의 열 각각에 일정한 간격으로 배치되고, 상기 n개의 열 중 홀수번째 열과 짝수번째 열에 배치된 복수의 전극 삽입부 각각은 서로 엇갈리는 것을 특징으로 한다.Each of the plurality of electrode insertion portions is arranged at regular intervals in each of n columns, and each of the plurality of electrode insertion portions arranged in an odd-numbered column and an even-numbered column among the n columns is alternated with each other.

본 발명에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 제공하는 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 플라즈마를 이용해 공정 가스를 해리시켜 기판 상에 분사하는 가스 분사 모듈을 포함하고, 상기 가스 분사 모듈은 복수의 전극 삽입부를 가지는 하부 프레임, 및 갭 공간을 가지도록 상기 복수의 전극 삽입부 각각에 삽입된 복수의 돌출 전극을 갖는 상부 프레임을 포함하며, 상기 상부 프레임은 상기 공정 가스를 상기 기판 상에 분사하도록 상기 복수의 돌출 전극에 형성된 공정 가스 분사 홀을 포함하고, 상기 갭 공간에 중첩되는 상부 프레임에는 상기 플라즈마 형성을 위한 희석 가스를 상기 갭 공간에 분사하는 복수의 희석 가스 분사 홀이 형성되어 있고, 상기 하부 프레임은 전기적으로 접지되며, 상기 플라즈마는 상기 복수의 희석 가스 분사 홀을 통해 상기 갭 공간에 분사되는 상기 희석 가스와 상기 상부 프레임에 공급되는 플라즈마 전원에 의해 발생될 수 있다.A substrate processing apparatus according to the present invention comprises: a process chamber providing a reaction space; And a gas injection module installed inside the process chamber to dissociate the process gas using plasma and inject it onto the substrate, wherein the gas injection module has a lower frame having a plurality of electrode insertion portions and a gap space. And an upper frame having a plurality of protruding electrodes inserted into each of the plurality of electrode insertion portions, wherein the upper frame includes a process gas injection hole formed in the plurality of protruding electrodes to inject the process gas onto the substrate, A plurality of dilution gas injection holes for spraying the dilution gas for plasma formation into the gap space are formed in the upper frame overlapping the gap space, the lower frame is electrically grounded, and the plasma is the plurality of dilutions. It may be generated by the dilution gas injected into the gap space through the gas injection hole and plasma power supplied to the upper frame.

상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 다음과 같은 효과가 있다.According to the means for solving the above problems, the substrate processing apparatus and the substrate processing method according to the present invention have the following effects.

첫째, 가스 분사 모듈의 내부에 일정한 형태로 배치된 복수의 플라즈마 방전셀 각각에서 발생되는 플라즈마를 이용해 공정 가스를 해리시켜 기판에 분사함으로써 기판의 상면 전영역에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.First, it is possible to form a thin film of uniform thickness over the entire upper surface of the substrate by dissociating the process gas using plasma generated from each of the plurality of plasma discharge cells arranged in a certain shape inside the gas injection module and spraying it onto the substrate. have.

둘째, 상기 플라즈마 방전이 기판까지 전달되는 것을 방지하여 플라즈마 방전에 의한 기판이 손상과 막질 저하를 최소화할 수 있다.Second, by preventing the plasma discharge from being transmitted to the substrate, damage to the substrate and deterioration of film quality due to the plasma discharge may be minimized.

셋째, 공정 가스와 희석 가스의 분리를 통해 가스 분사 모듈의 내벽에 이상 박막이 증착되는 것을 최소화하여 가스 분사 모듈의 세정 주기를 연장시킬 수 있다.Third, it is possible to extend the cleaning cycle of the gas injection module by minimizing the deposition of an abnormal thin film on the inner wall of the gas injection module through the separation of the process gas and the dilution gas.

도 1은 종래의 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 A 부분을 나타내는 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시된 가스 분사 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스 분사 모듈을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 방전 셀의 제 1 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 방전 셀의 제 2 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 방전 셀의 제 3 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 방전 셀의 제 4 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 방전 셀의 제 5 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 B 부분을 나타내는 확대도이다.1 is a diagram schematically illustrating a conventional substrate processing apparatus.
2 is a diagram schematically illustrating a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view illustrating part A shown in FIG. 2.
4 is a view for explaining the gas injection module shown in FIG.
5 is an exploded perspective view schematically showing the gas injection module shown in FIG. 4.
6 is a diagram illustrating a first arrangement structure of a plasma discharge cell according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a second arrangement structure of plasma discharge cells according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining a third arrangement structure of plasma discharge cells according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining a fourth arrangement structure of plasma discharge cells according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram for explaining a fifth arrangement structure of plasma discharge cells according to an embodiment of the present invention.
11 is a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
12 is an enlarged view showing part B shown in FIG. 11.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.In the present specification, in adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that only the same elements have the same number as possible, even if they are indicated on different drawings.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in this specification should be understood as follows.

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.It should be understood that a singular expression includes a plurality of expressions unless the context clearly defines otherwise, and the terms "first", "second", etc. are intended to distinguish one component from another component, The scope of rights should not be limited by these terms.

"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.It should be understood that terms such as "include" or "have" do not preclude the presence or addition possibility of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof.

"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.It should be understood that the term “at least one” includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of “at least one of the first item, the second item, and the third item” means 2 of the first item, the second item, or the third item, as well as the first item, the second item, and the third item, respectively. Any combination of items that can be presented from more than one dog.

본 명세서에서 기술되는 "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제 3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다. The term "on" as described herein means including not only a case where a certain structure is formed directly on the upper surface of another structure, but also a case where a third structure is interposed between these elements.

이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a substrate processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 A 부분을 나타내는 확대도이고, 도 4는 도 2에 도시된 가스 분사 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 가스 분사 모듈을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.FIG. 2 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is an enlarged view showing part A shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a gas injection module shown in FIG. 2. It is a diagram for explanation, and FIG. 5 is an exploded perspective view schematically illustrating the gas injection module shown in FIG. 4.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 제공하는 공정 챔버(110), 공정 챔버(100)의 내부에 설치되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(120), 공정 챔버(110)의 상부를 덮는 챔버 리드(130), 및 기판 지지부(120)에 대향되는 챔버 리드(130)의 하면에 착탈 가능하게 결합되고 플라즈마를 이용해 공정 가스를 해리시켜 기판(S) 상에 분사하는 복수의 플라즈마 방전셀(PDC)을 가지는 가스 분사 모듈(140)을 포함한다.2 to 5, the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention is installed in the process chamber 110 and the process chamber 100 to provide a reaction space to support the substrate (S). It is detachably coupled to the lower surface of the substrate support 120, the chamber lid 130 covering the upper portion of the process chamber 110, and the chamber lid 130 facing the substrate support 120, and dissociates the process gas using plasma It includes a gas injection module 140 having a plurality of plasma discharge cells (PDC) to spray on the substrate (S).

상기 공정 챔버(110)는 기판 처리 공정(예를 들어, 박막 증착 공정)을 위한 반응 공간을 제공한다. 상기의 공정 챔버(110)의 바닥면 및/또는 측면은 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기관(112)에 연통될 수 있다.The process chamber 110 provides a reaction space for a substrate processing process (eg, a thin film deposition process). The bottom and/or side surfaces of the process chamber 110 may be communicated with the exhaust pipe 112 for exhausting gas from the reaction space.

상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110) 내부에 설치되며, 복수의 기판(S) 또는 하나의 대면적 기판(S)을 지지한다. 이때, 복수의 기판(S) 각각의 면적은 상기 하나의 대면적 기판(S)의 1/4 면적을 가질 수 있다.The substrate support 120 is installed inside the process chamber 110 and supports a plurality of substrates S or one large-area substrate S. In this case, an area of each of the plurality of substrates S may have an area of 1/4 of the one large-area substrate S.

상기 기판 지지부(120)는 전기적으로 플로팅(Floating)될 수도 있고 접지(ground)될 수도 있다. 상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 지지축(122)에 의해 지지된다. 이때, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 상기의 지지축(122)은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(124)에 의해 밀폐된다.The substrate support 120 may be electrically floating or may be grounded. The substrate support 120 is supported by a support shaft 122 penetrating the central bottom surface of the process chamber 110. At this time, the support shaft 122 exposed to the outside of the lower surface of the process chamber 110 is sealed by a bellows 124 installed on the lower surface of the process chamber 110.

상기 기판 지지부(120)는 기판 처리 공정의 공정 조건에 대한 승강될 수도 있다. 이 경우, 상기 기판 지지부(120)의 지지축(122)은 구동 장치(128)의 구동축(126)에 지지된다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 상면은, 구동 장치(128)의 구동에 따른 구동축(126)의 승강에 의해, 상기 공정 조건 범위 내에서 가스 분사 모듈(140)의 하면에 상대적으로 가깝게 위치하거나 상대적으로 멀게 위치하게 된다. 경우에 따라서 상기 기판 지지부(120)는 구동 장치(128)의 구동에 의해 회전될 수도 있다.The substrate support 120 may be raised or lowered for a process condition of a substrate processing process. In this case, the support shaft 122 of the substrate support portion 120 is supported by the driving shaft 126 of the driving device 128. Accordingly, the upper surface of the substrate support 120 is positioned relatively close to the lower surface of the gas injection module 140 within the process condition range by the elevation of the driving shaft 126 according to the driving of the driving device 128 It is located relatively far away. In some cases, the substrate support 120 may be rotated by driving the driving device 128.

상기 챔버 리드(130)는 공정 챔버(110)의 상부를 덮도록 설치되어 반응 공간을 밀폐한다. 그리고, 챔버 리드(130)는 가스 분사 모듈(140)을 지지한다. 이를 위해, 챔버 리드(130)는 "┏┓"자 형태의 단면을 가지도록 형성되어 가스 분사 모듈(140)이 삽입되어 착탈 가능하게 결합된다.The chamber lid 130 is installed to cover the upper portion of the process chamber 110 to seal the reaction space. In addition, the chamber lid 130 supports the gas injection module 140. To this end, the chamber lid 130 is formed to have a "┏┓"-shaped cross-section, and the gas injection module 140 is inserted and detachably coupled.

상기 챔버 리드(130)의 상면에는 가스 분사 모듈(140)에 마련된 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 공정 가스(processing gas; PG)와 희석 가스(dilution gas; DG)를 개별적으로 공급하기 위한 제 1 및 제 2 가스 공급부(150, 160)가 설치되고, 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 플라즈마(P)를 형성하기 위한 플라즈마 전원을 공급하기 위한 플라즈마 전원 공급부(170)가 설치된다.For individually supplying a processing gas (PG) and a dilution gas (DG) to each of the plurality of plasma discharge cells 141 provided in the gas injection module 140 on the upper surface of the chamber lid 130 First and second gas supply units 150 and 160 are installed, and a plasma power supply unit 170 for supplying plasma power for forming plasma P to each of the plurality of plasma discharge cells 141 is installed.

상기 제 1 가스 공급부(150)는 공정 가스(PG)를 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 공급한다. 예를 들어, 상기 공정 가스(PG)는 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 등의 가스로 이루어질 수 있다. 이때, 실리콘(Si) 물질을 포함하는 공정 가스(PG)는 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.The first gas supply unit 150 supplies a process gas PG to each of the plurality of plasma discharge cells 141. For example, the process gas PG may be made of a gas such as silicon (Si), a titanium group element (Ti, Zr, Hf, etc.), or aluminum (Al). At this time, the process gas (PG) containing a silicon (Si) material is silane (SiH4), disilane (Si2H6), trisilane (Si3H8), tetraethylorthosilicate (TEOS), dichlorosilane (DCS), and HCD. (Hexachlorosilane), TriDMAS (Tri-dimethylaminosilane), TSA (Trisilylamine), and the like.

상기 제 2 가스 공급부(160)는 희석 가스(DG)를 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 공급한다. 예를 들어, 상기 희석 가스(DG)는 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 이산화질소(N2O), 암모니아(NH3), 물(H2O), 또는 오존(O3) 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 제 1 가스 공급부(150)는 기판(S)에 증착될 박막의 증착 특성에 따라 상기 희석 가스(DG)에 아르곤(Ar), 제논(Ze), 또는 헬륨(He) 등의 비반응성 가스를 혼합하여 공급할 수도 있다.The second gas supply unit 160 supplies dilution gas DG to each of the plurality of plasma discharge cells 141. For example, the dilution gas (DG) may be made of hydrogen (H2), nitrogen (N2), oxygen (O2), nitrogen dioxide (N2O), ammonia (NH3), water (H2O), or ozone (O3). have. At this time, the first gas supply unit 150 is a non-reactive gas such as argon (Ar), xenon (Ze), or helium (He) in the dilution gas (DG) according to the deposition characteristics of the thin film to be deposited on the substrate (S). It can also be supplied by mixing.

상기 플라즈마 전원 공급부(170)는 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 플라즈마(P)를 형성하기 위한 플라즈마 전원을 생성하고 가스 분사 모듈(140)에 공급한다. 이때, 상기 플라즈마 전원은 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력, 예를 들어, LF(Low Frequency) 전력, MF(Middle Frequency), HF(High Frequency) 전력, 또는 VHF(Very High Frequency) 전력이 될 수 있다. 이때, LF 전력은 3㎑ ~ 300㎑ 범위의 주파수를 가지고, MF 전력은 300㎑ ~ 3㎒ 범위의 주파수를 가지고, HF 전력은 3㎒ ~ 30㎒ 범위의 주파수를 가지며, VHF 전력은 30㎒ ~ 300㎒ 범위의 주파수를 가질 수 있다.The plasma power supply unit 170 generates plasma power for forming plasma P in each of the plurality of plasma discharge cells 141 and supplies the plasma power to the gas injection module 140. At this time, the plasma power may be high frequency power or radio frequency (RF) power, for example, low frequency (LF) power, middle frequency (MF), high frequency (HF) power, or very high frequency (VHF) power. I can. At this time, LF power has a frequency in the range of 3 ㎑ ~ 300 ㎑, MF power has a frequency in the range of 300 ㎑ ~ 3 MHz, HF power has a frequency in the range of 3 MHz ~ 30 MHz, and VHF power has a frequency in the range of 30 MHz ~ It can have a frequency in the range of 300MHz.

상기 플라즈마 전원 공급부(170)는 돌출 전극(PE)에 공급되는 플라즈마 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시키기 위한 임피던스 매칭 회로(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 임피던스 매칭 회로는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나로 구성되는 적어도 2개의 임피던스 소자(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.The plasma power supply unit 170 may include an impedance matching circuit (not shown) for matching the load impedance and the source impedance of the plasma power supplied to the protruding electrode PE. The impedance matching circuit may include at least two impedance elements (not shown) including at least one of a variable capacitor and a variable inductor.

상기 가스 분사 모듈(140)은 상기 기판 지지부(120)에 대향되도록 상기 챔버 리드(130)의 하면에 착탈 가능하게 결합된다. 이러한 상기 가스 분사 모듈(140)은 상기 제 2 가스 공급부(160)로부터 공급되는 희석 가스(DG)와 상기 플라즈마 전원 공급부(170)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 플라즈마(P)를 형성하고, 상기 플라즈마(P)가 형성되는 플라즈마 영역에 상기 제 1 가스 공급부(150)로부터 공급되는 공정 가스(PG)를 분사하여 플라즈마(P)에 의해 해리되는 공정 가스(PG)를 기판(S) 상에 분사하는 복수의 플라즈마 방전셀(141)을 포함한다. 이를 위해, 상기 가스 분사 모듈(140)은 상부 프레임(143), 복수의 희석 가스 공급 부재(144), 절연 플레이트(145), 하부 프레임(147), 및 절연체(149)를 포함한다.The gas injection module 140 is detachably coupled to the lower surface of the chamber lid 130 so as to face the substrate support 120. The gas injection module 140 forms the plasma P according to the dilution gas DG supplied from the second gas supply unit 160 and the plasma power supplied from the plasma power supply unit 170, and the plasma Injecting the process gas PG supplied from the first gas supply unit 150 to the plasma region where P is formed to inject the process gas PG dissociated by the plasma P onto the substrate S. It includes a plurality of plasma discharge cells 141. To this end, the gas injection module 140 includes an upper frame 143, a plurality of dilution gas supply members 144, an insulating plate 145, a lower frame 147, and an insulator 149.

상기 상부 프레임(143)은 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a)에 착탈 가능하게 결합됨과 아울러 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a)으로부터 소정 거리로 이격된다. 이에 따라, 상기 상부 프레임(143)의 상면(143a)과 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a) 사이에는 상기 제 1 가스 공급부(150)로부터 제 1 가스 공급관(152)을 통해 공급되는 공정 가스(PG)가 확산 및 버퍼링되는 공정 가스 버퍼 공간(GBS)이 마련된다. 이를 위해, 상기 상부 프레임(143)의 상면(143a)은 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a)으로부터 이격되는 단차부를 가질 수 있다. 이러한, 상기 상부 프레임(143)은 알루미늄 등의 금속 재질로 이루어져 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지된다.The upper frame 143 is detachably coupled to the lower surface 130a of the chamber lid 130 and is spaced apart from the lower surface 130a of the chamber lid 130 by a predetermined distance. Accordingly, the process gas supplied through the first gas supply pipe 152 from the first gas supply unit 150 between the upper surface 143a of the upper frame 143 and the lower surface 130a of the chamber lid 130 A process gas buffer space GBS in which (PG) is diffused and buffered is provided. To this end, the upper surface 143a of the upper frame 143 may have a step portion spaced apart from the lower surface 130a of the chamber lid 130. The upper frame 143 is made of a metal material such as aluminum and is electrically grounded through the chamber lid 130.

상기 상부 프레임(143)은 복수의 돌출 전극(PE), 복수의 공정 가스 분사 홀(SH1), 복수의 희석 가스 공급 홀(143b), 및 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)을 포함한다.The upper frame 143 includes a plurality of protruding electrodes PE, a plurality of process gas injection holes SH1, a plurality of dilution gas supply holes 143b, and a plurality of dilution gas injection holes SH2.

상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각은 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 대응되도록 상기 상부 프레임(143)의 하면으로부터 상기 기판(S) 쪽으로 돌출된다. 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각은 원 형태 또는 다각 형태의 단면을 가지도록 돌출될 수 있다. 예를 들어, 복수의 돌출 전극(PE) 각각은 원 기둥 또는 4각 이상의 다각 기둥 형태로 형성될 수 있다.Each of the plurality of protruding electrodes PE protrudes from the lower surface of the upper frame 143 toward the substrate S so as to correspond to each of the plurality of plasma discharge cells 141. Each of the plurality of protruding electrodes PE may protrude to have a circular or polygonal cross section. For example, each of the plurality of protruding electrodes PE may be formed in the shape of a circular pillar or a polygonal pillar having a quadrangular shape or more.

상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각은 모서리 부분에서 발생되는 아킹(Arcing)을 방지 내지 최소화하기 위해, 각 모서리 부분이 소정 곡률을 가지도록 볼록하게 라운딩되거나 오목하게 라운딩될 수 있다.Each of the plurality of protruding electrodes PE may be convexly rounded or concavely rounded so that each corner portion has a predetermined curvature in order to prevent or minimize arcing generated in the corner portion.

상기 복수의 공정 가스 분사 홀(SH1) 각각은 상기 돌출 전극(PE)을 관통하도록 형성되어 상기 공정 가스 버퍼 공간(GBS)에 연통된다. 이에 따라, 상기 복수의 공정 가스 분사 홀(SH1) 각각은 상기 공정 가스 버퍼 공간(GBS)에 공급되는 공정 가스(PG)를 상기 돌출 전극(PE)의 하면 아래로 분사한다. 이때, 상기 공정 가스(PG)는 상기 돌출 전극(PE)의 하면으로부터 상기 플라즈마 영역으로 넓게 퍼지면서 분사된다.Each of the plurality of process gas injection holes SH1 is formed to pass through the protruding electrode PE and communicates with the process gas buffer space GBS. Accordingly, each of the plurality of process gas injection holes SH1 injects the process gas PG supplied to the process gas buffer space GBS below the lower surface of the protrusion electrode PE. At this time, the process gas PG is sprayed while spreading from the lower surface of the protruding electrode PE to the plasma region.

상기 복수의 희석 가스 공급 홀(143b) 각각은 상기 플라즈마 방전셀(141)에 중첩되도록 상기 상부 프레임(143)의 내부에 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각을 사이에 두고 일정한 간격으로 나란하게 형성된다. 이러한, 상기 복수의 희석 가스 공급 홀(143b) 각각은 상기 복수의 희석 가스 공통 공급 부재(144)에 연결되어 상기 복수의 희석 가스 공통 공급 부재(144)로부터 공급되는 희석 가스(DG)를 복수의 희석 가스 공급 홀(143b)에 공급한다. 이와 같은, 상기 복수의 희석 가스 공급 홀(143b) 각각은 상기 플라즈마 방전셀(141)의 배치 구조에 따라 상기 상부 프레임(143)의 세로 방향을 관통하도록 일자 형태로 형성된 후, 양 끝단 각각이 밀봉 처리(140a)됨으로써 상기 상부 프레임(143)의 내부에 세로 방향을 따라 일정한 간격으로 배치된다.Each of the plurality of dilution gas supply holes 143b is formed in parallel with the plurality of protruding electrodes PE in the interior of the upper frame 143 so as to overlap with the plasma discharge cell 141 at regular intervals do. Each of the plurality of dilution gas supply holes 143b is connected to the plurality of dilution gas common supply members 144 to receive a plurality of dilution gases DG supplied from the plurality of dilution gas common supply members 144. It is supplied to the dilution gas supply hole 143b. As described above, each of the plurality of dilution gas supply holes 143b is formed in a straight shape to penetrate the vertical direction of the upper frame 143 according to the arrangement structure of the plasma discharge cell 141, and then each of both ends is sealed. By processing (140a), the upper frame 143 is disposed at regular intervals along the vertical direction.

상기 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2) 각각은 상기 돌출 전극(PE)의 주변에 대응되는 상기 상부 프레임(143)을 관통하도록 형성되어 상기 복수의 희석 가스 공급 홀(143b) 각각에 연통된다. 이때, 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각의 돌출 전극(PE) 양측 주변에는 적어도 2개의 희석 가스 분사 홀(SH2)이 형성되게 된다.Each of the plurality of dilution gas injection holes SH2 is formed to pass through the upper frame 143 corresponding to the periphery of the protruding electrode PE and communicates with each of the plurality of dilution gas supply holes 143b. At this time, at least two dilution gas injection holes SH2 are formed around both sides of the protruding electrode PE of each of the plurality of plasma discharge cells 141.

상기 복수의 희석 가스 공급 부재(144) 각각은 상기 상부 프레임(143)의 상면에 설치되어 복수의 희석 가스 공급 홀(143b)에 공통적으로 연통됨과 아울러 상기 제 2 가스 공급부(160)의 제 2 가스 공급관(162)에 연결된다. 이를 위해, 상기 복수의 희석 가스 공통 공급 부재(144)는 복수의 희석 가스 분배 홀(144a), 공통 블록(144b), 및 희석 가스 공통 공급 관(144c)을 포함한다.Each of the plurality of dilution gas supply members 144 is installed on the upper surface of the upper frame 143 and communicates in common with the plurality of dilution gas supply holes 143b, and the second gas of the second gas supply unit 160 It is connected to the supply pipe 162. To this end, the plurality of dilution gas common supply members 144 include a plurality of dilution gas distribution holes 144a, a common block 144b, and a common dilution gas supply pipe 144c.

상기 복수의 희석 가스 분배 홀(144a) 각각은 복수의 희석 가스 공급 홀(143b) 각각의 양측 가장자리 부분에 연통되도록 상기 상부 프레임(143)을 관통하도록 형성된다.Each of the plurality of dilution gas distribution holes 144a is formed to pass through the upper frame 143 to communicate with both edge portions of each of the plurality of dilution gas supply holes 143b.

상기 공통 블록(144b)은 복수의 희석 가스 공급 홀(143b) 각각의 양측 가장자리 부분에 교차하도록 상기 상부 프레임(143)의 상면에 설치되어 상기 복수의 희석 가스 분배 홀(144a)을 밀봉한다. 이러한, 상기 공통 블록(144b)에는 상기 복수의 희석 가스 분배 홀(144a) 각각에 연통되는 복수의 연통 홀이 형성되어 있다.The common block 144b is installed on the upper surface of the upper frame 143 so as to cross the edge portions of each of the plurality of dilution gas supply holes 143b to seal the plurality of dilution gas distribution holes 144a. In the common block 144b, a plurality of communication holes communicating with each of the plurality of dilution gas distribution holes 144a are formed.

상기 희석 가스 공통 공급 관(144c)은 상기 공통 블록(144b)의 길이 방향에 나란하도록 상기 공통 블록(144b)에 결합됨과 아울러 상기 제 2 가스 공급부(160)의 제 2 가스 공급관(162)에 연결된다. 이때, 상기 희석 가스 공통 공급 관(144c)의 하면에는 상기 공통 블록(144b)에 형성된 복수의 연통 홀 각각에 연통되는 복수의 하면 홀이 형성되어 있다. 그리고, 상기 희석 가스 공통 공급 관(144c)의 상면에는 제 2 가스 공급관(162)에 연결되는 적어도 하나의 상면 홀이 형성되어 있다. 이러한 상기 희석 가스 공통 공급 관(144c)은 상기 제 2 가스 공급관(162)을 통해 상기 제 2 가스 공급부(160)로부터 희석 가스(DG)를 공급받아, 복수의 하면 홀을 통해 상기 희석 가스(DG)를 상기 공통 블록(144b)의 각 연통 홀을 통해 복수의 희석 가스 공급 홀(143b)로 분배함으로써 상기 희석 가스(DG)가 복수의 희석 가스 공급 홀(143b)과 상기 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)을 통해 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각의 돌출 전극(PE) 양측 주변에 분사된다.The dilution gas common supply pipe 144c is coupled to the common block 144b so as to be parallel to the length direction of the common block 144b and connected to the second gas supply pipe 162 of the second gas supply unit 160 do. At this time, a plurality of lower surface holes communicating with each of the plurality of communication holes formed in the common block 144b are formed on the lower surface of the dilution gas common supply pipe 144c. In addition, at least one upper surface hole connected to the second gas supply pipe 162 is formed on the upper surface of the dilution gas common supply pipe 144c. The dilution gas common supply pipe 144c receives the dilution gas DG from the second gas supply unit 160 through the second gas supply pipe 162, and the dilution gas DG through a plurality of lower surface holes. ) Is distributed to a plurality of dilution gas supply holes 143b through each communication hole of the common block 144b, so that the dilution gas DG is supplied with a plurality of dilution gas supply holes 143b and the plurality of dilution gas injection holes. It is sprayed to both sides of the protruding electrodes PE of each of the plurality of plasma discharge cells 141 through SH2.

상기 절연 플레이트(145)는 상기 상부 프레임(143)의 하면 중 상기 복수의 돌출 전극(PE)과 상기 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)을 제외한 나머지 하면 영역을 덮도록 상기 상부 프레임(143)의 하면에 착탈 가능하게 결합된다. 이때, 상기 절연 플레이트(145)에는 상기 상부 프레임(143)의 하면으로부터 돌출된 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각이 삽입 관통하는 복수의 전극 관통부(145a)가 형성되어 있으며, 상기 복수의 전극 관통부(145) 각각은 상기 돌출 전극(PE)의 형태와 동일한 원 또는 다각 형태로 형성되어 돌출 전극(PE)을 둘러싼다. 이러한, 상기 절연 플레이트(145)는 절연 재질, 예를 들어 세라믹 재질로 이루어짐으로써 상부 프레임(143)과 하부 프레임(147)을 전기적으로 절연시킨다.The insulating plate 145 covers the lower surface of the upper frame 143 except for the plurality of protruding electrodes PE and the plurality of dilution gas injection holes SH2. It is detachably coupled to the lower surface. At this time, the insulating plate 145 is formed with a plurality of electrode penetrating portions 145a through which each of the plurality of protruding electrodes PE protruding from the lower surface of the upper frame 143 is inserted, and the plurality of electrodes Each of the through portions 145 is formed in the same circle or polygonal shape as the shape of the protruding electrode PE to surround the protruding electrode PE. The insulating plate 145 is made of an insulating material, for example, a ceramic material to electrically insulate the upper frame 143 and the lower frame 147.

상기 하부 프레임(147)은 상기 절연 플레이트(145)의 전극 관통부(145a)를 관통하는 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각이 삽입되는 복수의 전극 삽입부(EIP)를 가지도록 형성되어 상기 절연 플레이트(145)의 하면에 착탈 가능하게 결합된다. 이때, 상기 하부 프레임(147)에는 상기 절연 플레이트(145)의 전극 관통홀(145a)을 관통하는 복수의 돌출 전극(PE) 각각이 삽입 배치되는 복수의 전극 삽입부(EIP)가 형성되어 있으며, 상기 복수의 전극 삽입부(EIP) 각각은 상기 돌출 전극(PE)의 형태와 동일한 원 또는 다각 형태로 형성되어 돌출 전극(PE)의 각 측면을 둘러싼다.The lower frame 147 is formed to have a plurality of electrode insertion portions EIP into which each of the plurality of protruding electrodes PE penetrating through the electrode penetrating portion 145a of the insulating plate 145 is inserted. It is detachably coupled to the lower surface of the plate 145. At this time, the lower frame 147 is formed with a plurality of electrode inserts (EIP) into which each of the plurality of protruding electrodes PE penetrating through the electrode through hole 145a of the insulating plate 145 is inserted and disposed, Each of the plurality of electrode insertion portions EIP is formed in the same circle or polygonal shape as that of the protruding electrode PE and surrounds each side of the protruding electrode PE.

상기 복수의 전극 삽입부(EIP) 각각의 내측면은 돌출 전극(PE)의 각 외측면으로부터 소정 갭(Gap) 공간을 가지도록 이격됨으로써 돌출 전극(PE)의 각 측면에 대향되는 돌출 전극(PE)의 역할을 한다. 상기 복수의 전극 삽입부(EIP) 각각의 내측면과 상기 돌출 전극(PE)의 각 외측면 사이에 마련되는 상기 소정 갭 공간(GS)에는 전술한 상기 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)이 배치되어 있어, 이를 통해 상기 갭 공간(GS)에는 상기 희석 가스(DG)가 분사된다.The inner surface of each of the plurality of electrode insertion portions EIP is spaced apart from each outer surface of the protruding electrode PE to have a predetermined gap space, so that the protruding electrode PE facing each side of the protruding electrode PE ). The plurality of dilution gas injection holes SH2 are disposed in the predetermined gap space GS provided between the inner surface of each of the plurality of electrode insertion portions EIP and the outer surface of the protrusion electrode PE. Therefore, the dilution gas DG is injected into the gap space GS through this.

상기 하부 프레임(147)은 상기 상부 프레임(143)과 전기적으로 절연되도록 삽입 설치되어 상기 절연 플레이트(145)를 관통하는 플라즈마 전원 공급 부재(미도시)에 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 상기 하부 프레임(147)에는 상기 플라즈마 전원 공급 부재와 플라즈마 전원 케이블(172)을 통해 전술한 플라즈마 전원(170)으로부터 전술한 플라즈마 전원이 공급된다.The lower frame 147 is inserted and installed to be electrically insulated from the upper frame 143 and is electrically connected to a plasma power supply member (not shown) penetrating the insulating plate 145. Accordingly, the above-described plasma power is supplied to the lower frame 147 from the above-described plasma power 170 through the plasma power supply member and the plasma power cable 172.

상기 하부 프레임(147)의 전극 삽입부(EIP)와 상기 전극 삽입부(EIP)에 삽입된 돌출 전극(PE), 및 상기 갭 공간(GS)은 하나의 플라즈마 방전셀(141)을 형성한다. 이에 따라, 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141)은 복수의 전극 삽입부(EIP)의 배치 구조에 따라 상기 하부 프레임(147)의 하면에 격자 형태 또는 지그재그 형태로 배치되어 기판(S)의 상면에 대향된다. 이와 같은, 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에서는 상기 전극 삽입부(EIP)의 내측면과 상기 돌출 전극(PE)의 외측면 사이의 상기 갭 공간(GS)에 공급되는 상기 희석 가스(DG)와 상기 하부 프레임(147)에 공급되는 플라즈마 전원에 의해 상기 갭 공간(GS) 또는 상기 돌출 전극(PE)의 하면 주변 영역에 플라즈마(P)가 발생되고, 상기 돌출 전극(PE)의 공정 가스 분사 홀(SH1)을 통해 상기 플라즈마(P)가 형성되는 플라즈마 영역에 분사됨으로써 공정 가스(PG)가 상기 플라즈마(P)에 의해 해리되어 기판(S) 상으로 하향 분사되어 소정의 박막층을 형성하게 된다. 즉, 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141)에서는 상기 갭 공간(GS)에 발생되는 플라즈마(P)에 의해 해리 가스 라디칼(dissociation gas radical)이 생성되고, 이 해리 가스 라디칼이 기판(S) 상으로 분사되면서 상기 돌출 전극(PE)의 공정 가스 분사 홀(SH1)을 통해 분사되는 공정 가스(PG)와 만나 공정 가스(PG)를 해리시키고, 이에 따라 해리된 공정 가스(PG)와 해리 가스 라디칼이 기판(S) 위로 하향 분사되면서 기판(S) 상에서 서로 화학 결합하여 기판(S)의 상면에 박막을 형성하게 된다.The electrode insertion portion EIP of the lower frame 147, the protruding electrode PE inserted into the electrode insertion portion EIP, and the gap space GS form one plasma discharge cell 141. Accordingly, the plurality of plasma discharge cells 141 are arranged in a grid or zigzag form on the lower surface of the lower frame 147 according to the arrangement structure of the plurality of electrode insertion portions (EIP), and are disposed on the upper surface of the substrate S. Opposite. As described above, in each of the plurality of plasma discharge cells 141, the dilution gas DG supplied to the gap space GS between the inner side of the electrode insertion part EIP and the outer side of the protrusion electrode PE. ) And the plasma power supplied to the lower frame 147, plasma P is generated in the gap space GS or the area around the lower surface of the protruding electrode PE, and the process gas of the protruding electrode PE The process gas PG is dissociated by the plasma P and sprayed downward onto the substrate S by being sprayed into the plasma region where the plasma P is formed through the spray hole SH1 to form a predetermined thin film layer. do. That is, in the plurality of plasma discharge cells 141, dissociation gas radicals are generated by the plasma P generated in the gap space GS, and the dissociation gas radicals are transferred onto the substrate S. While being injected, the process gas PG that is injected through the process gas injection hole SH1 of the protruding electrode PE meets and dissociates the process gas PG, thereby dissociating the process gas PG and the dissociating gas radicals. While being sprayed downward on the substrate S, a thin film is formed on the upper surface of the substrate S by chemically bonding to each other on the substrate S.

상기 하부 프레임(147)의 하면과 상기 기판(S)의 상면 사이의 제 1 거리(D1)는 상기 돌출 전극(PE)의 하면과 상기 기판(S)의 상면 사이의 제 2 거리(D2)와 동일하거나 다를 수 있다.The first distance D1 between the lower surface of the lower frame 147 and the upper surface of the substrate S is a second distance D2 between the lower surface of the protruding electrode PE and the upper surface of the substrate S They can be the same or different.

일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 거리(D1, D2)는 동일할 수 있으며, 이 경우, 상기 돌출 전극(PE)의 하면은 상기 하부 프레임(147)의 하면에 대응되는 수평면의 동일 선상에 위치하게 된다.In one embodiment, the first and second distances D1 and D2 may be the same, and in this case, the lower surface of the protruding electrode PE is the same as the horizontal surface corresponding to the lower surface of the lower frame 147 It will be located on board.

다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 거리(D1, D2)는 서로 다를 수 있으며, 이 경우, 상기 돌출 전극(PE)의 높이는 상기 하부 프레임(147)의 하면으로부터 기판(S)의 상면 방향으로 돌출되도록 절연 플레이트(145)와 하부 프레임(147)의 전체 두께보다 높은 길이를 가지도록 형성되거나, 상기 하부 프레임(147)의 하면으로부터 기판(S)의 상면 방향으로 돌출되지 않도록 절연 플레이트(145)와 하부 프레임(147)의 전체 두께보다 낮은 길이를 가지도록 형성될 수 있다. In another embodiment, the first and second distances D1 and D2 may be different from each other, and in this case, the height of the protruding electrode PE is from the lower surface of the lower frame 147 to the upper surface of the substrate S. The insulating plate (S) is formed to have a length higher than the total thickness of the insulating plate 145 and the lower frame 147 so as to protrude in the direction, or not to protrude from the lower surface of the lower frame 147 toward the upper surface of the substrate (S) ( It may be formed to have a length lower than the total thickness of the 145 and the lower frame 147.

또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 거리(D1, D2)는 복수의 플라즈마 방전셀(141)마다 상이하게 설정될 수도 있다. 즉, 복수의 플라즈마 방전셀(141)마다 플라즈마 전원을 공급할 경우 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 발생되는 플라즈마(P)를 균일하게 할 수 있으나, 이 경우에는 플라즈마 전원 공급 구조가 복잡하기 때문에 전술한 하부 프레임(147)의 적어도 4개 접점 위치에 플라즈마 전원을 공급하게 된다. 이에 따라, 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 공급되는 플라즈마 전원이 불균일해질 수 있기 때문에 이를 최소화하기 위해 하부 프레임(147)의 플라즈마 전원의 전류 흐름에 기초하여 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에 형성되는 돌출 전극(PE)의 길이를 개별적 또는 영역별로 상이하게 설정함으로써 상기 제 1 및 제 2 거리(D1, D2)를 복수의 플라즈마 방전셀(141)을 개별적 또는 영역별로 상이하게 설정할 수 있다.In another embodiment, the first and second distances D1 and D2 may be set differently for each of the plurality of plasma discharge cells 141. That is, when plasma power is supplied to each of the plurality of plasma discharge cells 141, the plasma P generated in each of the plurality of plasma discharge cells 141 can be uniform, but in this case, the plasma power supply structure is complicated. Plasma power is supplied to at least four contact positions of the above-described lower frame 147. Accordingly, since the plasma power supplied to each of the plurality of plasma discharge cells 141 may be non-uniform, each of the plurality of plasma discharge cells 141 is based on the current flow of the plasma power of the lower frame 147 to minimize this. The first and second distances D1 and D2 can be set individually or differently for each region by setting the length of the protruding electrode PE formed on the surface to be different for each region. .

이와 같은, 상기 제 1 및 제 2 거리(D1, D2)는 돌출 전극(PE)과 하부 프레임(147)의 하면 사이에 발생되는 플라즈마 영역과 공정 가스(PG)의 증착 특성 등에 따라 설정될 수 있다. 즉, 도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 하부 프레임(147)의 하면과 돌출 전극(PE) 사이의 거리보다 하부 프레임(147)의 하면과 기판(S) 사이의 거리(D1)가 더 크기 때문에 플라즈마 이상 방전에 의한 문제를 해결할 수 있다. 만약, 하부 프레임(147)의 하면과 돌출 전극(PE) 사이의 거리보다 하부 프레임(147)의 하면과 기판(S) 사이의 거리(D1)를 작게 할 경우, 하부 프레임(147)의 하면과 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(120) 사이에 플라즈마 이상방전이 생길 수 있어 플라즈마 이상 방전에 의해서 기판(S)에 악영향을 미칠 수 있다.As such, the first and second distances D1 and D2 may be set according to a plasma region generated between the protruding electrode PE and the lower surface of the lower frame 147 and deposition characteristics of the process gas PG. . That is, as can be seen in FIG. 3, according to an exemplary embodiment of the present invention, the distance between the lower surface of the lower frame 147 and the substrate S than the distance between the lower surface of the lower frame 147 and the protruding electrode PE ( Since D1) is larger, the problem caused by abnormal plasma discharge can be solved. If the distance D1 between the lower surface of the lower frame 147 and the substrate S is smaller than the distance between the lower surface of the lower frame 147 and the protruding electrode PE, the lower surface of the lower frame 147 and the Plasma abnormal discharge may occur between the substrate support portions 120 supporting the substrate S, and thus the abnormal plasma discharge may adversely affect the substrate S.

상기 절연체(149)는 상기 하부 프레임(147)의 각 측면과 하면 가장자리 부분에 결합됨과 아울러 챔버 리드(130)의 내측면에 착탈 가능하게 결합된다. 이러한 상기 절연체(149)는 절연 재질, 예를 들어 세라믹 재질로 이루어짐으로써 챔버 리드(130)와 하부 프레임(147)을 전기적으로 절연시킨다.The insulator 149 is coupled to each side and bottom edge of the lower frame 147 and detachably coupled to the inner side of the chamber lid 130. The insulator 149 is made of an insulating material, for example, a ceramic material to electrically insulate the chamber lid 130 and the lower frame 147.

전술한 상부 프레임(143)과 절연 플레이트(145) 및 하부 프레임(147)은 하나의 모듈로 일체화되어 챔버 리드(130)의 하면에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.The above-described upper frame 143, insulating plate 145, and lower frame 147 may be integrated into one module and may be detachably coupled to the lower surface of the chamber lid 130.

이상과 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.The substrate processing method using the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention as described above will be described as follows.

먼저, 복수의 기판(S) 또는 하나의 대면적 기판(S)을 기판 지지부(120)에 로딩하여 안착시킨다.First, a plurality of substrates (S) or one large-area substrate (S) is loaded onto the substrate support unit 120 and mounted.

그런 다음, 상기 제 2 가스 공급부(160)를 이용해 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각의 갭 공간(GS)에 희석 가스(DG)를 공급함과 동시에 상기 플라즈마 전원 공급부(170)를 이용해 하부 프레임(147)에 플라즈마 전원을 공급한다. 이에 따라, 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각의 갭 공간(GS) 또는 하부 영역에 전기장이 형성되어 플라즈마(P)가 형성된다.Then, the second gas supply unit 160 is used to supply the dilution gas DG to the gap space GS of each of the plurality of plasma discharge cells 141 and at the same time, the plasma power supply unit 170 is used to provide the lower frame. Plasma power is supplied to 147. Accordingly, an electric field is formed in the gap space GS or a lower region of each of the plurality of plasma discharge cells 141 to form the plasma P.

상기 플라즈마(P)의 형성과 동시에 제 1 가스 공급부(150)를 이용해 상기 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각의 돌출 전극(PE)의 공정 가스 분사 홀(SH1)에 공정 가스(PG)를 공급하여 상기 공정 가스(PG)를 기판(S) 상에 분사한다. 이에 따라, 기판(S) 상으로 분사되는 공정 가스(PG)가 플라즈마(P)에 의해 해리되어 기판(S) 상에 분사됨으로써 해리된 공정 가스(PG)는 플라즈마(P)에 의해 희석 가스(DG)로부터 생성된 라디칼과 화학 결합하여 기판(S)의 상면에 증착되어 소정의 박막층을 형성하게 된다.Simultaneously with the formation of the plasma P, a process gas PG is supplied to the process gas injection hole SH1 of the protruding electrode PE of each of the plurality of plasma discharge cells 141 using the first gas supply unit 150 Thus, the process gas PG is injected onto the substrate S. Accordingly, the process gas PG sprayed onto the substrate S is dissociated by the plasma P and sprayed onto the substrate S, thereby dissociating the process gas PG by the plasma P. It is chemically bonded with radicals generated from DG) and deposited on the upper surface of the substrate S to form a predetermined thin film layer.

이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 하부 프레임(147)의 내부에 일정한 형태로 배치된 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에서 발생되는 플라즈마(P)를 이용해 공정 가스(PG)를 해리시켜 기판(S)에 분사함으로써 기판(S)의 상면 전영역에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있으며, 상기 플라즈마 방전이 기판(S)까지 전달되는 것을 방지하여 플라즈마 방전에 의한 기판이 손상과 막질 저하를 최소화할 수 있으며, 공정 가스(PG)와 희석 가스(DG)의 분리를 통해 돌출 전극(PE)과 전극 삽입부(EIP)의 내벽에 이상 박막이 증착되는 것을 최소화할 수 있다.As described above, in the substrate processing apparatus and substrate processing method according to the first embodiment of the present invention, plasma P generated from each of the plurality of plasma discharge cells 141 arranged in a certain shape inside the lower frame 147 is By dissociating the process gas (PG) by using and spraying it on the substrate (S), a thin film having a uniform thickness can be formed over the entire upper surface of the substrate (S), and the plasma discharge is prevented from being transmitted to the substrate (S). Thus, damage to the substrate and film quality deterioration due to plasma discharge can be minimized, and an abnormal thin film is formed on the inner walls of the protruding electrode (PE) and the electrode insertion part (EIP) through separation of the process gas (PG) and the dilution gas (DG) It can minimize deposition.

도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 방전 셀의 다양한 형태를 설명하기 위한 도면이다.6 to 10 are views for explaining various types of plasma discharge cells according to an embodiment of the present invention.

도 6 내지 도 10을 도 2와 결부하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 방전 셀의 다양한 형태를 설명하면 다음과 같다.Various types of plasma discharge cells according to an exemplary embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 to 10 with FIG. 2.

먼저, 도 6 또는 도 7에서 알 수 있듯이, 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각은 기판(S)의 상면에 대향되도록 하부 프레임(147)의 내부에 n×m 격자 형태로 배치될 수 있다. 이러한 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각은 원 형태 또는 정사각 형태의 단면을 가지도록 상부 프레임(143)의 하면으로부터 돌출된 돌출 전극(PE)과 상기 돌출 전극(PE)과 동일한 형태의 단면을 가지도록 형성되어 갭 공간(GS)을 사이에 두고 돌출 전극(PE)을 감싸도록 하부 프레임(147)에 형성된 전극 삽입부(EIP)를 포함한다. 즉, 상기 복수의 전극 삽입부(EIP)와 상기 복수의 전극 삽입부(EIP)에 각각 삽입되는 복수의 돌출 전극(PE)은 n×m 격자 형태를 가지도록 배치된다. 상기 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각의 돌출 전극(PE)의 중심부에는 전술한 공정 가스 분사 홀(SH1)이 형성되어 있고, 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각의 갭 공간(GS)에는 전술한 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)이 형성되어 있으며, 예를 들어, 공정 가스 분사 홀(SH1)을 기준으로 돌출 전극(PE)의 양측 갭 공간(GS) 각각에는 희석 가스 분사 홀(SH2)이 2개씩 형성되어 있다.First, as can be seen in FIG. 6 or 7, each of the plurality of plasma discharge cells 141 may be disposed in an n×m grid shape inside the lower frame 147 to face the upper surface of the substrate S. Each of the plurality of plasma discharge cells 141 has a protruding electrode PE protruding from the lower surface of the upper frame 143 so as to have a circular or square cross section, and a cross section having the same shape as the protruding electrode PE. And an electrode insertion portion EIP formed in the lower frame 147 to surround the protruding electrode PE with the gap space GS interposed therebetween. That is, the plurality of electrode insertion portions EIP and the plurality of protruding electrodes PE inserted into the plurality of electrode insertion portions EIP are disposed to have an n×m grid shape. The above-described process gas injection hole SH1 is formed in the center of the protruding electrode PE of each of the plurality of plasma discharge cells 141, and the gap space GS of each of the plurality of plasma discharge cells 141 is described above. A plurality of dilution gas injection holes SH2 are formed, for example, dilution gas injection holes SH2 in each of the gap spaces GS on both sides of the protruding electrode PE based on the process gas injection hole SH1. These two are formed each.

다음, 도 8, 도 9, 또는 도 10에서 알 수 있듯이, 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각은 기판(S)의 상면에 대향되도록 하부 프레임(147)의 내부에 지그재그 형태 또는 벌집(Honeycomb) 형태로 배치될 수 있다. 이러한 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각은 원 형태, 마름모 형태, 또는 6각형 형태의 단면을 가지도록 상부 프레임(143)의 하면으로부터 돌출된 돌출 전극(PE)과 상기 돌출 전극(PE)과 동일한 형태의 단면을 가지도록 형성되어 갭 공간(GS)을 사이에 두고 돌출 전극(PE)을 감싸도록 하부 프레임(147)에 형성된 전극 삽입부(EIP)를 포함한다. 즉, 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각이 삽입 배치되는 상기 복수의 전극 삽입부(EIP) 각각은 n개의 열 각각에 일정한 간격으로 배치되고, 이때, n개의 열 중 홀수번째 열(Co)과 짝수번째 열(Ce)에 배치된 복수의 전극 삽입부(EIP) 각각은 서로 엇갈리게 배치된다. 상기 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각의 돌출 전극(PE)의 중심부에는 전술한 공정 가스 분사 홀(SH1)이 형성되어 있고, 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각의 갭 공간(GS)에는 전술한 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)이 형성되어 있으며, 예를 들어, 공정 가스 분사 홀(SH1)을 기준으로 돌출 전극(PE)의 양측 갭 공간(GS) 각각에는 희석 가스 분사 홀(SH2)이 2개씩 형성되어 있다.Next, as can be seen in FIGS. 8, 9, or 10, each of the plurality of plasma discharge cells 141 is in a zigzag shape or honeycomb inside the lower frame 147 so as to face the upper surface of the substrate S. Can be arranged in a shape. Each of the plurality of plasma discharge cells 141 is the same as the protruding electrode PE and the protruding electrode PE protruding from the lower surface of the upper frame 143 so as to have a circular, rhombus, or hexagonal cross section. It includes an electrode insertion portion EIP formed on the lower frame 147 to surround the protruding electrode PE with the gap space GS interposed therebetween and formed to have a cross section of the shape. That is, each of the plurality of electrode insertion portions EIP into which each of the plurality of protruding electrodes PE is inserted is disposed at regular intervals in each of n columns, and at this time, the odd-numbered column Co and Each of the plurality of electrode insertion portions EIP disposed in the even-numbered column Ce is disposed to be alternately disposed. The above-described process gas injection hole SH1 is formed in the center of the protruding electrode PE of each of the plurality of plasma discharge cells 141, and the gap space GS of each of the plurality of plasma discharge cells 141 is described above. A plurality of dilution gas injection holes SH2 are formed, for example, dilution gas injection holes SH2 in each of the gap spaces GS on both sides of the protruding electrode PE based on the process gas injection hole SH1. These two are formed each.

전술한 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각의 구조에서, 상기 인접한 복수의 전극 삽입부(EIP)들 간의 간격은 최대한 근접되도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 희석 가스 분사 홀(SH2)이 공정 가스 분사 홀(SH1)을 기준으로 돌출 전극(PE)의 양측 갭 공간(GS) 각각에 2개씩 또는 3개씩 형성되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 복수의 플라즈마 방전 셀(141) 각각의 갭 공간(GS)에는 상기 전극 삽입부(EIP)의 형태, 크기, 및 상기 갭 공간(GS)의 폭 등에 따라 2개 이상의 상기 희석 가스 분사 홀(SH2)이 형성될 수 있다.In the above-described structure of each of the plurality of plasma discharge cells 141, it is preferable that the distances between the plurality of adjacent electrode insertion portions EIP are arranged to be as close as possible. In addition, it has been illustrated and described that the dilution gas injection holes SH2 are formed by two or three in each of the gap spaces GS on both sides of the protruding electrode PE based on the process gas injection hole SH1, but limited to this. In the gap space GS of each of the plurality of plasma discharge cells 141, two or more of the dilution gases are injected according to the shape and size of the electrode insertion part EIP, and the width of the gap space GS. The hole SH2 may be formed.

도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 12는 도 11에 도시된 B 부분을 나타내는 확대도이다.11 is a diagram schematically illustrating a substrate processing apparatus according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an enlarged view illustrating portion B shown in FIG. 11.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 챔버 리드(130), 및 가스 분사 모듈(140)을 포함하고, 상기 가스 분사 모듈(140이 상부 프레임(243), 복수의 희석 가스 공급 부재(144), 절연 플레이트(245), 하부 프레임(247), 및 절연 프레임(249)을 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 가스 분사 모듈(140)의 상부 프레임(243)에 플라즈마 전원이 인가되고, 하부 프레임(247)이 전기적으로 접지되도록 구성한 것이다. 이하에서는, 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.11 and 12, the substrate processing apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a process chamber 110, a substrate support 120, a chamber lid 130, and a gas injection module 140, , The gas injection module 140 includes an upper frame 243, a plurality of dilution gas supply members 144, an insulating plate 245, a lower frame 247, and an insulating frame 249. Such a configuration The substrate processing apparatus according to the second embodiment of the present invention is configured such that plasma power is applied to the upper frame 243 of the gas injection module 140 and the lower frame 247 is electrically grounded. Only the different configurations will be described.

먼저, 상기 상부 프레임(243)은 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a)에 착탈 가능하게 결합됨과 아울러 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a)으로부터 소정 거리로 이격된다. 이에 따라, 상기 상부 프레임(243)의 상면(143a)과 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a) 사이에는 상기 제 1 가스 공급부(150)로부터 제 1 가스 공급관(152)을 통해 공급되는 공정 가스(PG)가 확산 및 버퍼링되는 공정 가스 버퍼 공간(GBS)이 마련된다. 이를 위해, 상기 상부 프레임(243)의 상면(143a)은 상기 챔버 리드(130)의 하면(130a)으로부터 이격되는 단차부를 가질 수 있다. 이러한, 상기 상부 프레임(243)은 알루미늄 등의 금속 재질로 이루어져 절연 프레임(249)에 의해 챔버 리드(130)로부터 전기적으로 절연된다.First, the upper frame 243 is detachably coupled to the lower surface 130a of the chamber lid 130 and is spaced apart from the lower surface 130a of the chamber lid 130 by a predetermined distance. Accordingly, the process gas supplied from the first gas supply unit 150 through the first gas supply pipe 152 between the upper surface 143a of the upper frame 243 and the lower surface 130a of the chamber lid 130 A process gas buffer space GBS in which (PG) is diffused and buffered is provided. To this end, the upper surface 143a of the upper frame 243 may have a step portion spaced apart from the lower surface 130a of the chamber lid 130. The upper frame 243 is made of a metal material such as aluminum, and is electrically insulated from the chamber lid 130 by the insulating frame 249.

상기 상부 프레임(243)은 복수의 돌출 전극(PE), 복수의 공정 가스 분사 홀(SH1), 복수의 희석 가스 공급 홀(143b), 및 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)을 포함하여 구성된다. 이러한 상기 상부 프레임(243)은 전술한 도 2 및 도 3에 도시된 상부 프레임(143)에서 복수의 돌출 전극(PE)이 플라즈마 전원이 인가되는 플라즈마 전극으로 사용되는 것을 제외하고는 모두 동일하므로 이들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.The upper frame 243 includes a plurality of protruding electrodes PE, a plurality of process gas injection holes SH1, a plurality of dilution gas supply holes 143b, and a plurality of dilution gas injection holes SH2. . These upper frames 243 are all the same except that the plurality of protruding electrodes PE are used as plasma electrodes to which plasma power is applied in the upper frames 143 shown in FIGS. 2 and 3 above. A redundant description of will be omitted.

상기 절연 플레이트(245)는 상기 상부 프레임(243)의 하면 중 상기 복수의 돌출 전극(PE)과 상기 복수의 희석 가스 분사 홀(SH2)을 제외한 나머지 하면 영역을 덮도록 상기 상부 프레임(243)의 하면에 착탈 가능하게 결합된다. 이때, 상기 절연 플레이트(245)에는 상기 상부 프레임(243)의 하면으로부터 돌출된 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각이 삽입 관통하는 복수의 전극 관통부(145a)가 형성되어 있으며, 상기 복수의 전극 관통부(145a) 각각은 상기 돌출 전극(PE)의 형태와 동일한 원 또는 다각 형태로 형성되어 돌출 전극(PE)의 각 측면을 둘러싼다. 이러한, 상기 절연 플레이트(245)는 절연 재질, 예를 들어 세라믹 재질로 이루어짐으로써 상기 상부 프레임(243)과 하부 프레임(247)을 전기적으로 절연시킨다.The insulating plate 245 is formed of the upper frame 243 to cover the remaining lower surfaces of the upper frame 243 except for the plurality of protruding electrodes PE and the plurality of dilution gas injection holes SH2. It is detachably coupled to the lower surface. At this time, the insulating plate 245 is formed with a plurality of electrode penetrating portions 145a through which each of the plurality of protruding electrodes PE protruding from the lower surface of the upper frame 243 is inserted, and the plurality of electrodes Each of the through portions 145a is formed in the same circle or polygonal shape as the shape of the protrusion electrode PE, and surrounds each side of the protrusion electrode PE. The insulating plate 245 is made of an insulating material, for example, a ceramic material to electrically insulate the upper frame 243 and the lower frame 247.

상기 하부 프레임(247)은 상기 절연 플레이트(245)의 전극 관통부(145a)를 관통하는 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각이 삽입되는 복수의 전극 삽입부(EIP)를 가지도록 형성되어 상기 절연 플레이트(245)의 하면에 착탈 가능하게 결합된다. 이러한, 상기 하부 프레임(247)은 챔버(110)에 전기적으로 접지되는 것을 제외하고는 전술한 도 2 및 도 3에 도시된 하부 프레임(147)과 동일하므로 이에 대한 설명은 전술한 하부 프레임(147)에 대한 설명으로 대신하기로 한다.The lower frame 247 is formed to have a plurality of electrode insertion portions (EIP) into which each of the plurality of protruding electrodes PE penetrating through the electrode penetrating portion 145a of the insulating plate 245 is inserted. It is detachably coupled to the lower surface of the plate 245. Since the lower frame 247 is the same as the lower frame 147 shown in FIGS. 2 and 3 above, except that the lower frame 247 is electrically grounded to the chamber 110, a description of the lower frame 147 ).

한편, 전술한 복수의 전극 삽입부(EIP)와 상기 복수의 돌출 전극(PE)의 조합에 의해 하부 프레임(247)의 내부에 마련되는 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각은, 도 6 내지 도 10 중 어느 하나에 도시된 형태를 가지도록 배치될 수 있다.Meanwhile, each of the plurality of plasma discharge cells 141 provided inside the lower frame 247 by the combination of the plurality of electrode insertion portions EIP and the plurality of protruding electrodes PE described above is illustrated in FIGS. 6 to 6. It may be arranged to have the shape shown in any one of 10.

상기 절연 프레임(249)은 상기 하부 프레임(247)의 상면 가장자리 부분과 각 측면에 결합됨과 아울러 챔버 리드(130)의 하면과 내측면에 착탈 가능하게 결합된다. 이러한 상기 절연 프레임(249)은 절연 재질, 예를 들어 세라믹 재질로 이루어짐으로써 챔버 리드(130)와 하부 프레임(247)을 전기적으로 절연시킨다.The insulating frame 249 is coupled to the upper edge portion and each side surface of the lower frame 247 and is detachably coupled to the lower surface and the inner surface of the chamber lid 130. The insulating frame 249 is made of an insulating material, for example, a ceramic material to electrically insulate the chamber lid 130 and the lower frame 247.

전술한 상부 프레임(243)과 절연 플레이트(245) 및 하부 프레임(247)은 단일 몸체로 일체화되어 챔버 리드(130)의 하면에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.The upper frame 243, the insulating plate 245, and the lower frame 247 described above may be integrated into a single body to be detachably coupled to the lower surface of the chamber lid 130.

이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 상부 프레임(243)을 플라즈마 전극으로 사용하고 하부 프레임(247)을 접지 전극을 사용하는 것을 제외하고는 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 동일한 기판 처리 방법을 통해 기판(S) 상에 소정의 박막을 형성하므로 이에 대한 설명은 전술한 설명으로 대신하기로 한다.As described above, the substrate processing apparatus according to the second embodiment of the present invention uses the upper frame 243 as a plasma electrode and the lower frame 247 is used as a ground electrode. Since a predetermined thin film is formed on the substrate S through the same substrate processing method as the substrate processing apparatus according to the example, a description thereof will be replaced with the above description.

이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 하부 프레임(247)의 내부에 일정한 형태로 배치된 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에서 발생되는 플라즈마(P)를 이용해 공정 가스(PG)를 해리시켜 기판(S)에 분사함으로써 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 효과를 제공할 수 있으며, 플라즈마 전극으로 사용되는 상부 프레임(243)과 기판(S) 간의 거리가 더욱 멀어지고, 이에 따라 플라즈마 전극으로 사용되는 상부 프레임(243)과 기판(S) 간의 영향성이 더욱 최소화되므로 기판(S) 상에 형성되는 박막의 막질을 좀 더 개선할 수 있다.As described above, in the substrate processing apparatus and substrate processing method according to the second embodiment of the present invention, plasma P generated from each of the plurality of plasma discharge cells 141 arranged in a predetermined shape inside the lower frame 247 is By dissociating the process gas PG and spraying it on the substrate S, the same effect as the first embodiment of the present invention can be provided, and the distance between the upper frame 243 and the substrate S used as a plasma electrode is Further, since the influence between the upper frame 243 used as a plasma electrode and the substrate S is further minimized, the film quality of the thin film formed on the substrate S can be further improved.

이상과 같은, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 가스 분사 모듈(140)의 내부에 일정한 형태로 배치된 복수의 플라즈마 방전셀(141) 각각에서 발생되는 플라즈마(P)를 이용해 공정 가스(PG)를 해리시켜 기판(S)에 분사함으로써 기판(S)의 상면 전영역에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있으며, 상기 플라즈마 방전이 기판(S)까지 전달되는 것을 방지하여 플라즈마 방전에 의한 기판이 손상과 막질 저하를 최소화할 수 있으며, 공정 가스(PG)와 희석 가스(DG)의 분리를 통해 가스 분사 모듈의 내벽, 즉 돌출 전극(PE)과 전극 삽입부(EIP)의 내벽에 이상 박막이 증착되는 것을 최소화하여 가스 분사 모듈의 세정 주기를 연장시킬 수 있다.As described above, in the substrate processing apparatus and substrate processing method according to the exemplary embodiments of the present invention, plasma P generated in each of the plurality of plasma discharge cells 141 arranged in a predetermined shape inside the gas injection module 140 By dissociating the process gas (PG) by using and spraying it on the substrate (S), a thin film of uniform thickness can be formed over the entire upper surface of the substrate (S), and the plasma discharge is prevented from being transmitted to the substrate (S). Thus, damage to the substrate and film quality deterioration due to plasma discharge can be minimized, and the inner wall of the gas injection module, that is, the protruding electrode (PE) and the electrode insertion part (EIP), can be ) It is possible to prolong the cleaning cycle of the gas injection module by minimizing the deposition of the abnormal thin film on the inner wall.

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 appreciate that the present invention may be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential characteristics. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be interpreted that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts are included in the scope of the present invention. do.

110: 공정 챔버 120: 기판 지지부
130: 챔버 리드 140: 가스 분사 모듈
141: 플라즈마 방전셀 143, 243: 상부 프레임
145, 245: 절연 플레이트 147, 247: 하부 프레임
149, 249: 절연체 150: 제 1 가스 공급부
160: 제 2 가스 공급부 170: 플라즈마 전원 공급부110: process chamber 120: substrate support
130: chamber lid 140: gas injection module
141: plasma discharge cells 143, 243: upper frame
145, 245: insulation plate 147, 247: lower frame
149, 249: insulator 150: first gas supply unit
160: second gas supply unit 170: plasma power supply unit

Claims (5)

반응 공간을 제공하는 공정 챔버; 및
상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 플라즈마를 이용해 공정 가스를 해리시켜 기판 상에 분사하는 가스 분사 모듈을 포함하고,
상기 가스 분사 모듈은,
복수의 전극 삽입부를 가지는 하부 프레임;
갭 공간을 가지도록 상기 복수의 전극 삽입부 각각에 삽입된 복수의 돌출 전극과, 상기 공정 가스를 상기 기판 상에 분사하도록 상기 복수의 돌출 전극에 형성된 공정 가스 분사 홀을 포함하는 상부 프레임; 및
상기 상부 프레임에 형성되고 상기 돌출 전극의 주변에 배치되고 희석 가스를 상기 갭 공간에 분사하는 복수의 희석 가스 분사 홀을 포함하고,
상기 공정 가스 분사 홀은 상기 돌출 전극을 관통하도록 형성되어 상기 공정 가스를 상기 돌출 전극의 하면 아래로 분사하고,
상기 희석 가스 분사 홀을 통하여 상기 갭 공간에 분사된 희석 가스는 플라즈마 전원에 의하여 플라즈마를 형성하고,
상기 돌출 전극과 상기 하부 프레임의 하부면 사이에 발생되는 플라즈마 영역을 가지고,
상기 하부 프레임에는 플라즈마 전원으로부터 전원이 공급되고,
상기 상부 프레임은 전기적으로 접지되고,
상기 기판을 지지하는 기판 지지부를 더 포함하고,
상기 기판 지지부는 전기적으로 플로팅되거나 접지되고,
상기 갭 공간에서 발생하는 플라즈마는 상기 희석 가스로부터 해리 가스 라디칼을 형성하고,
상기 해리 가스 라디칼은 상기 공정 가스와 만나 상기 공정 가스를 해리시키고,
해리된 공정 가스와 상기 해리 가스 라디칼은 상기 기판 상에서 서로 화학 결합하여 상기 기판에 박막을 형성하고,
상기 갭 공간에서 발생하는 플라즈마는 상기 기판까지 전달되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.A process chamber providing a reaction space; And
A gas injection module installed inside the process chamber to dissociate a process gas using plasma and inject it onto a substrate,
The gas injection module,
A lower frame having a plurality of electrode insertion portions;
An upper frame including a plurality of protruding electrodes inserted into each of the plurality of electrode inserts to have a gap space, and a process gas injection hole formed in the plurality of protruding electrodes to inject the process gas onto the substrate; And
And a plurality of dilution gas injection holes formed in the upper frame and disposed around the protruding electrode to inject dilution gas into the gap space,
The process gas injection hole is formed to pass through the protruding electrode to inject the process gas under the lower surface of the protruding electrode,
The dilution gas injected into the gap space through the dilution gas injection hole forms plasma by plasma power,
Having a plasma region generated between the protruding electrode and a lower surface of the lower frame,
Power is supplied from a plasma power source to the lower frame,
The upper frame is electrically grounded,
Further comprising a substrate support portion for supporting the substrate,
The substrate support is electrically floating or grounded,
Plasma generated in the gap space forms dissociation gas radicals from the diluent gas,
The dissociation gas radical meets with the process gas to dissociate the process gas,
The dissociated process gas and the dissociated gas radical are chemically bonded to each other on the substrate to form a thin film on the substrate,
Plasma generated in the gap space is prevented from being transferred to the substrate. 제1항에 있어서,
상기 하부 프레임은 상기 상부 프레임과 전기적으로 절연되도록 삽입 설치되고 플라즈마 전원 공급 부재에 전기적으로 접속하고 상기 플라즈마 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The lower frame is inserted and installed so as to be electrically insulated from the upper frame, electrically connected to a plasma power supply member, and connected to the plasma power source. 제1항에 있어서,
상기 기판과 상기 하부 프레임 사이의 거리는 상기 전극 삽입부와 상기 돌출 전극 사이의 상기 갭 공간의 거리보다 크고,
상기 상부 프레임의 내부에 상기 복수의 돌출 전극 각각을 사이에 두고 나란하게 형성되는 복수의 희석 가스 공급 홀; 을 더 포함하고,
상기 희석 가스 공급 홀은 희석 가스 공급 부재와 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
A distance between the substrate and the lower frame is greater than a distance of the gap space between the electrode insertion part and the protruding electrode,
A plurality of dilution gas supply holes formed in the upper frame in parallel with each of the plurality of protruding electrodes therebetween; Further comprising,
The dilution gas supply hole is connected to the dilution gas supply member. 제3항에 있어서,
상기 희석 가스 공급 부재는 복수의 희석 가스 분배 홀, 공통 블록, 및 희석 가스 공통 공급 관을 포함하고,
상기 복수의 희석 가스 분배 홀 각각은 복수의 희석 가스 공급 홀 각각의 양측 가장자리 부분에 연통되도록 상기 상부 프레임을 관통하도록 형성되고,
상기 공통 블록은 복수의 희석 가스 공급 홀 각각의 양측 가장자리 부분에 교차하도록 상기 상부 프레임의 상면에 설치되어 상기 복수의 희석 가스 분배 홀을 밀봉하고,
상기 희석 가스 공통 공급 관은 상기 공통 블록의 길이 방향에 나란하도록 상기 공통 블록에 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The method of claim 3,
The dilution gas supply member includes a plurality of dilution gas distribution holes, a common block, and a dilution gas common supply pipe,
Each of the plurality of dilution gas distribution holes is formed to pass through the upper frame so as to communicate with both edge portions of each of the plurality of dilution gas supply holes,
The common block is installed on the upper surface of the upper frame so as to intersect with both edge portions of each of the plurality of dilution gas supply holes to seal the plurality of dilution gas distribution holes,
The dilution gas common supply pipe is coupled to the common block so as to be parallel to the length direction of the common block. 제4항에 있어서,
상기 상부 프레임의 상면은 챔버 리드의 하면으로부터 이격되는 단차부를 가지고
상기 단차부는 상기 공정 가스가 확산 및 버퍼링되는 공정 가스 버퍼 공간을 제공하고,
상기 복수의 공정 가스 분사 홀 각각은 상기 돌출 전극을 관통하도록 형성되어 상기 공정 가스 버퍼 공간에 연통되고,
상기 희석 가스 공통 공급 관 및 상기 공통 블록은 상기 공정 가스 버퍼 공간의 하부면에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.According to claim 4,
The upper surface of the upper frame has a step portion spaced apart from the lower surface of the chamber lid
The stepped portion provides a process gas buffer space through which the process gas is diffused and buffered,
Each of the plurality of process gas injection holes is formed to pass through the protruding electrode and communicates with the process gas buffer space,
The dilution gas common supply pipe and the common block are disposed on a lower surface of the process gas buffer space.
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