KR102599410B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 뚜껑을 포함하고 플라즈마 공정을 진행하는 공정 챔버; 상기 뚜껑 하부에 배치되고 RF 전력을 공급받고 상기 뚜껑과 일정한 간격을 가지는 가스 버퍼 공간을 제공하는 제1 보조 전극; 상기 제1 보조 전극 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 상기 RF 전력을 공급받고 2차원적으로 배열된 복수의 개구부들 포함하는 제1 전극; 및 상기 제1 전극의 하부에서 상기 제1 전극과 이격되어 상기 제1 전극을 마주보도록 배치되고 기판을 장착하는 제2 전극을 포함한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 제1 가스와 제2 가스를 기판에 다른 경로를 통하여 제공하고, 상부 전극 내부에 할로우 케소드 플라즈마를 형성하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
종래 기술의 기판 처리 장치는 기판을 지지하는 하부 전극과 상기 하부 전극과 수직으로 이격되어 서로 마주보도록 배치된 상부 전극을 포함한다. 상기 상부 전극에 RF 전원이 인가되면, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 축전 결합 플라즈마가 형성된다. 상기 하부 전극 상에 배치된 기판은 플라즈마 처리된다. 상기 플라즈마는 반응 가스를 분해하여 상기 기판에 박막을 증착할 수 있다. 상부 전극은 가스 공급부로도 동작하고, 상기 상부 전극에서 제공된 복수의 가스로 구성된 혼합가스는 상기 상부 전극의 하부면에 형성된 복수의 노즐들을 통하여 분출된다. 이에 따라, 복수의 노즐들은 대면적 기판에 가스를 균일하게 분사한다. 상기 상부 전극은 분사 구조와 전극 역할을 겸한다. 상기 상부 전극 표면의 형태 및 노즐 형상의 조정을 통해, 대면적 막질 및 성막 균일도 제어 효과를 제공한다. 그러나, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 형성되는 벌크 플라즈마는 확산 특성에 기인하여 대면적 막질 및 성막 균일도 제어하는 것에서 제한적이다.
최근 대면적 평판 디스플레이 수요가 증가함에 따라 고품질의 유기물 성막이 요구된다. 또한, 대면적 봉지 공정이나 산화물 반도체 증착에는 두 가지 가스를 교번하여 분사하여 박막을 형성하는 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD)이 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 상부 전극과 하부전극을 포함하는 평행판 축전 결합 플라즈마 장치에서, 상기 상부 전극에 형성되는 제1 가스 경로를 통하여 제1 가스를 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 분사하여 메인 플라즈마를 형성하고, 상기 상부 전극 내의 제2 가스 경로를 통하여 제2 가스를 상기 상부 전극 내부에 분사하고 할로우 케소드 플라즈마를 형성한 후 상기 하부 전극 상에 배치된 기판에 제공하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 벌크 플라즈마 특성과 국부적인 할로우 케소드 플라즈마 특성을 동시에 사용하여 플라즈마 도움 원자층 증착을 수행하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 상부 전극 내에서 형성되는 할로우 케소드 플라즈마와 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 축전 결합 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 상부에 배치되고 가스 버퍼 공간을 제공하는 제1 보조 전극; 상기 제1 보조 전극의 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 유동 공간을 제공하고 복수의 개구부들을 포함하는 제1 전극; 및 상기 제1 전극의 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 기판을 장착하는 제2 전극;을 포함한다. 상기 제1 보조 전극은 상기 제1 전극의 상기 개구부들 각각에 삽입되고 상기 제1 보조 전극의 하부면에서 돌출된 돌출부들을 포함하고, 상기 제1 보조 전극과 상기 제1 전극은 동일한 RF 전력을 공급받는다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 돌출부들은 상기 제1 전극의 개구부들에 각각에 정렬되고, 상기 보조 전극은 제1 노즐들 및 제2 노즐들을 포함하고, 상기 제1 노즐들은 상기 돌출부들을 각각 관통하고, 상기 제2 노즐들은 상기 제1 보조 전극의 하부면에 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 돌출부들은 상기 제1 전극의 개구부들에 각각에 정렬되고, 상기 돌출부의 외경은 상기 제1 전극의 상기 개구부의 내경보다 작고, 제2 노즐은 상기 제1 보조 전극의 하부면에 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극의 가장 자리에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제1 보조 전극을 서로 전기적으로 연결하고 상기 유동 공간을 제공하는 도전 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 노즐들은 상기 가스 버퍼 공간에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 노즐들은 상기 가스 버퍼 공간에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 뚜껑을 포함하고 플라즈마 공정을 진행하는 공정 챔버; 상기 뚜껑 하부에 배치되고 RF 전력을 공급받고 상기 뚜껑과 일정한 간격을 가지는 가스 버퍼 공간을 제공하는 제1 보조 전극; 상기 제1 보조 전극의 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 상기 RF 전력을 공급받고 2차원적으로 배열된 복수의 개구부들을 포함하는 제1 전극; 및 상기 제1 전극의 하부에서 상기 제1 전극과 이격되어 상기 제1 전극을 마주보도록 배치되고 기판을 장착하는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 보조 전극은 상기 제1 전극의 개구부들 각각에 정렬되고 상기 제1 보조 전극의 하부면에서 돌출된 돌출부들, 상기 돌출부들을 각각 관통하는 제1 노즐들, 및 상기 제1 보조 전극의 상기 하부면에 배치된 배열된 제2 노즐들을 포함한다. 메인 플라즈마는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 발생되고, 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극과 상기 제1 보조 전극 사이의 유동 공간에서 발생된다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제2 노즐들을 통하여 제공된 가스를 활성화하고, 활성화된 가스는 상기 제1 전극의 상기 개구부들을 통하여 분사된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 노즐들은 제1 가스를 분사하고, 상기 돌출부의 외직경은 상기 제1 전극의 상기 개구부의 내경보다 작고, 상기 제2 노즐들은 제2 가스를 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극의 가장 자리에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제1 보조 전극을 서로 전기적으로 연결하고 상기 유동 공간을 제공하는 도전 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 보조 전극은, 상기 제1 보조 전극 내부에서 제1 방향으로 나란히 연장되는 복수의 제1 방향 유로들; 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향 유로들의 양단을 각각 연결하는 한 쌍의 제2 방향 유로들을 포함할 수 있다. 상기 제2 노즐들은 상기 제1 방향 유로들에 연결되고, 상기 제1 노즐은 상기 가스 버퍼 공간에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 보조 전극의 가장 자리에서 상기 제1 보조 전극의 배치평면을 수직으로 관통하여 상기 제2 방향 유로에 연결되는 가스 공급 통로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 보조 전극의 가장 자리에서 상기 제1 보조 전극과 상기 뚜껑 사이에 배치되어 가스 버퍼 공간을 형성하는 절연 스페이서를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 버퍼 공간은 상기 제1 노즐들에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 및 제1 보조 전극의 가장 자리를 감싸도록 배치되고 상기 공정 챔버의 측벽에 결합하는 절연부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 방향으로 정렬된 이웃한 한 쌍의 제1 노즐들 사이에서 상기 제1 보조 전극을 수직으로 관통하여 상기 제1 보조 전극에 연결되어 상기 RF 전력을 상기 제1 보조 전극에 공급하는 적어도 하나의 RF 전력 공급 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극의 개구부는 상기 기판 방향으로 진행함에 따라 서로 다른 직경에 기인한 수직 단차를 거지거나 직경이 점차 증가하는 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 노즐의 하부면은 상기 제1 전극의 하부면보다 낮아 상기 기판 방향으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 노즐의 출구는 상기 기판 방향으로 진행함에 따라 직경이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 보조 전극은, 상기 제1 보조 전극 내부에서 제1 방향으로 나란히 연장되는 복수의 제1 방향 유로들; 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향 유로들의 양단을 각각 연결하는 한 쌍의 제2 방향 유로들을 포함할 수 있다. 상기 제2 노즐들은 상기 가스 버퍼 공간에 연결되고, 상기 제1 노즐은 상기 제1 방향 유로들에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 벌크 플라즈마와 상기 상부 전극 내부에서 발생하는 할로우 케소드 플라즈마를 사용하여 박막의 특성을 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 두 종류의 가스를 다른 경로로 분리 주입하고, 특정한 가스를 할로우 케소드 플라즈마를 이용하여 추가적으로 활성화하여 원자층 증착을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 할로우 케소트 플라즈마와 벌크 플라즈마를 서로 다른 공간에 발생시키어 해리율 차이 특성을 적용하여 대면적에 막질 및 성막 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 노즐 위치 및 노즐 길이 변경을 통해 플라즈마에 의한 가스 해리율 조절하여 막질과 결함을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1의 D-D' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 절단 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 절단 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 9는 도 8의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 도 8의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 8의 III-III' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 도 8의 IV-IV' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 14는 도 13의 V-V' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1의 D-D' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 절단 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 절단 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 9는 도 8의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 도 8의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 8의 III-III' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 도 8의 IV-IV' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 14는 도 13의 V-V' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
최근 대면적 평판 디스플레이 수요가 증가함에 따라 고품질의 유기물 성막이 요구된다. 특히 대면적 봉지 공정이나 산화물 반도체 증착에는 두 가지 가스를 교번해서 분사하여 박막을 형성하는 원자층 증착법의 필요성이 대두되고 있다.
플라즈마 도움 원자층 증착(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD ) 공정은 전구체를 공급하는 제1 단계, 퍼지 가스를 이용하여 잉여 전구체를 제거하는 제2 단계, 플라즈마를 이용하여 반응성 가스를 공급하는 제3 단계 및 퍼지 가스를 이용하여 잉여 반응성 가스를 제거는 제4 단계를 포함한다.
통상적인 플라즈마 도움 원자층 증착은 전구체를 공급하는 통로와 반응성 가스를 공급하는 통로가 동일하다. 플라즈마는 가스를 공급하고 전극으로 동작하는 상부 전극과 기판을 장착하는 하부 전극 사이에서 상기 반응성 가스를 방전하여 형성된다. 상기 상부 전극이 단일 가스 경로를 통하여 전구체와 반응성 가스를 공급하는 경우, 동일한 경로를 사용하기 때문에, 단일 가스 경로 내에 잔류하는 하나의 가스(전구체)는 다른 가스(반응성 가스)의 공급 단계에서 혼합될 수 있다. 이에 따라, 잔류 가스를 제거하기 위한 많은 공정 시간이 요구된다. 플라즈마는 반응성 가스를 활성화하여 상기 기판에 흡착된 전구체와 반응하도록 도움을 준다. 플라즈마는 상기 반응성 가스를 활성화시키면서 박막에 과도하게 노출되어 박막 특성을 악화시킬 수 있다.
한편, 공정 챔버의 외부에 배치된 원격 플라즈마 장치가 플라즈마를 원격으로 플라즈마를 형성하여 활성화된 반응 가스를 상기 공정 챔버의 반응 공간에 제공할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 상기 활성화된 반응성 가스는 긴 가스 공급 경로에 기인하여 그 활성 상태를 손실한다. 따라서, 상기 활성화된 반응성 가스의 가스 공급 경로를 감소시키는 기술이 요구된다.
본 발명은 대면적 고품질 성막이 가능하도록 가스를 공급하는 상부 전극 내부에서 할로우 케소드 플라즈마를 형성하여 활성화된 반응성 가스의 공급 경로를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 할로우 케소드 플라즈마는 벌크 플라즈마와 다른 반응성 가스의 해리 특성을 제공하여 박막의 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 가스를 분사하고 전극으로 동작하는 상부 전극 내부에서 반응성 가스를 이용하여 할로우 케소드 플라즈마를 형성하고, 상기 상부 전극과 기판을 장착하는 하부 전극 사이의 메인 방전 공간에 활성화된 반응 가스를 공급한다. 또한, 축전 결합 플라즈마는 상기 메인 방전 공간에서 상기 할로우 케소드 플라즈마에 의하여 활성화된 반응 가스를 제공받아 상기 활성화된 반응 가스를 추가적으로 활성화시킬 수 있다. 상기 할로우 케소드 플라즈마의 해리 특성과 상기 축전 결합 플라즈마의 해리 특성의 결합은 박막 증착 특성을 개선하기 위하여 동시에 활용될 수 있다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 메인 방전 공간에서 형성되는 축전 결합 플라즈마와 다른 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 축전 결합 플라즈마보다 높은 전자 온도와 플라즈마 밀도를 가질 수 있고, 상기 반응성 가스의 높은 해리율을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 최근 디스플레이 장치의 봉지공정에 투습 특성 개선을 위한 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 공정에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 처리 장치의 상부 전극은 원자층 증착 공정을 위하여 두 종류의 가스(전구체 가스, 반응성 가스)를 서로 다른 경로를 통하여 동시에 또는 순차적으로 기판 상에 공급할 수 있다. 즉, 상기 상부 전극은 2종류의 가스를 서로 다른 경로로 제공하도록 다중화할 수 있다. 상기 상부 전극에서 전구체를 분사하는 분사 노즐의 길이 및 상대적인 분사 구조의 조절은 막질 및 성막 균일도를 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 기판의 위치별 스트레스나 투과도 등의 막질 균질성을 개선할 수 있다. 반응성 가스의 해리 특성에 맞는 노즐 길이 또는 노즐 구조의 적용은 수소함량 및 기타 기판에 결함 요소들에 대해 제어 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 전구체 가스와 반응성 가스를 이용한 원자층 증착 공정에서, 국소 공간 내 발생되는 할로우 케소드 플라즈마 특성을 활용하여 기판을 처리할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1의 D-D' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는, 공정 챔버(110), 제1 전극(120), 제1 보조 전극(130), 및 제2 전극(152)을 포함한다. 상기 공정 챔버(110)는 뚜껑(140)을 포함하고 플라즈마 공정을 진행한다. 상기 제1 보조 전극(130)은 상기 뚜껑(140) 하부에 배치되고 RF 전력을 공급받고 상기 뚜껑(140)과 일정한 간격을 가지는 가스 버퍼 공간(144)을 제공한다. 상기 제1 전극(120)은 상기 제1 보조 전극(130)의 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 상기 RF 전력을 공급받고 2차원적으로 배열된 복수의 개구부(122)들 포함한다. 상기 제2 전극(152)은 상기 제1 전극(120)의 하부에서 상기 제1 전극(120)과 이격되어 상기 제1 전극(120)을 마주보도록 배치되고 기판을 장착한다. 상기 제1 보조 전극(130)은 상기 제1 전극(120)의 개구부들(122) 각각에 정렬되고 상기 제1 보조 전극(130)의 하부면에서 돌출된 돌출부들(136), 상기 돌출부들(136)을 각각 관통하는 제1 노즐들(138), 및 상기 제1 보조 전극(130)의 상기 하부면에 배치된 배열된 제2 노즐들(133)을 포함한다. 메인 플라즈마는 상기 제1 전극(120)과 상기 제2 전극(152) 사이에 발생되고, 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극(120)과 상기 제1 보조 전극(130) 사이의 유동 공간(131)에서 발생된다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제2 노즐들(133)을 통하여 제공된 가스를 활성화하고, 활성화된 가스는 상기 제1 전극의 상기 개구부들(122)을 통하여 분사된다.
상기 기판 처리 장치(100)는 상기 제1 노즐(138)로 공급되는 제1 가스 및 상기 제2 노즐(133)로 공급되는 제2 가스를 이용하여 원자층 증착을 수행할 수 있다. 상기 기판 처리 장치(100)는 상기 원자층 증착을 위하여 플라즈마의 도움을 받을 수 있다. 상기 원자층 증착에 플라즈마 기술이 적용되면, 원자층 증착 반응 가스의 반응성을 향상시키고, 공정 온도 범위 확장시키고, 퍼지 시간을 감소시킬 수 있다.
플라즈마 도움 원자층 증착(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PE-ALD)은 순차적으로 전구체를 공급하고, 퍼지 가스를 이용하여 퍼지시킨 후, 플라즈마에 의하여 반응 가스를 공급한 후, 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 플라즈마에 의한 반응 가스의 공급은 전구체의 반응성을 증가시키어 성막 속도를 증가시키고 기판의 온도를 감소시킬 수 있다.
플라즈마 도움 원자층 증착을 위하여, 플라즈마 방식은 기판 상에 직접 플라즈마를 형성하는 직접 플라즈마 방식과 상기 기판에 플라즈마에 의하여 형성된 활성종만을 제공하는 원격 플라즈마 방식(remote plasma type)으로 구분된다. 직접 플라즈마 방식은 다량의 활성종을 제공할 수 있어, 박막 성장률을 증가시킬 수 있다. 그러나, 직접 플라즈마 방식은 박막의 플라즈마의 직접 노출에 의하여 막질의 손상을 제공할 수 있다. 한편, 원격 플라즈마 방식은 양질의 박막을 형성할 수 있으나 낮은 박막 성장률을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 직접 플라즈마(축전결합 플라즈마)와 간접 플라즈마(할로우 케소드 플라즈마)를 동시에 사용하고 직접 플라즈마와 간접 플라즈마의 비를 적절히 조절하여 높은 박막 성장률과 양질의 박막을 동시에 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극(120)과 상기 제1 보조 전극(130) 사이의 상기 유동 공간(131)에 제공된 제2 가스를 사용하여 발생된다. 상기 할로우 케소드 플라즈마의 발생 위치와 상기 기판 사이의 거리를 단축시키어, 활성종의 이동거리를 최소화한다.
공정 챔버(110)는 금속 챔버로 원통형 챔버 또는 직육면체 챔버일 수 있다. 상기 뚜껑(140)은 상기 공정 챔버(110)의 개방된 상부면을 덮을 수 있다. 상기 공정 챔버(110)는 배기부에 의하여 진공 상태로 배기될 수 있다. 상기 공정 챔버(110)는 접지될 수 있다.
상기 뚜껑(140)은 상기 제1 보조 전극(130) 상에 이격되어 배치될 수 있다. 가스 버퍼 공간(144)은 상기 뚜껑(140)의 하부면과 상기 제1 보조 전극(130)의 상부면 사이에 제공될 수 있다. 가스 버퍼 공간(144)의 면적은 상기 제1 전극(120)의 면적과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 뚜껑(140)은 판형을 가지고 상기 공정 챔버의 개방된 상부면을 덮도록 배치될 수 있다. 상기 뚜껑(140)은 도전체로 형성되고 접지될 수 있다. 상기 가스 버퍼 공간(144)의 높이는 기생 플라즈마를 발생하지 않도록 수 밀리미터 이내일 수 있다. 상기 가스 버퍼 공간(144)은 외부로부터 가스 공급 라인(146)을 통하여 제1 가스를 공급받을 수 있다. 상기 가스 버퍼 공간(144)은 제1 노즐들(138)에 상기 제1 가스를 분배할 수 있다.
상기 제2 전극(152)은 기판(153)을 장착하고 접지될 수 있다. 상기 제1 전극(120)과 상기 제1 보조 전극(130)은 RF 전원으로부터 RF 전력을 공급받는다. 상기 제1 전극(120) 및 상기 제1 보조 전극은 상기 제1 전극의 가장 자리 상부에 배치된 도전 스페이서(129)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 도전 스페이서(129)는 상기 유동 공간(131)을 형성할 수 있다. 제2 가스는 제2 노즐(133)을 통하여 상기 유동 공간(131)으로 공급된다.
상기 유동 공간과 상기 제1 전극의 개구부(122)에서 할로우 케소드 플라즈마가 형성될 수 있다. 상기 유동 공간을 채운 플라즈마는 가상 접지로 동작하여, 상기 유동 공간 내에서 할로우 케소드 방전을 유지할 수 있다. 상기 제1 전극(120)과 상기 제1 보조 전극(130) 사이의 간격은 할로우 케소드 플라즈마를 유지하기 위하여 수 밀리미터 이상으로 플라즈마 쉬스의 두께보다 충분히 클 수 있다.
상기 개구부와 상기 유동 공간에서 생성되는 할로우 케소드 플라즈마 특성은 메인 방전 공간(151)에서 형성되는 축전 결합 플라즈마 특성과 다를 수 있다. 상기 메인 방전 공간(151)에서 형성된 메인 플라즈마의 밀도 및 온도는 상기 개구부와 상기 유동 공간에서 생성되는 할로우 케소드 플라즈마보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상기 메인 방전 공간(151)에서 형성되는 축전 결합 플라즈마의 밀도는 낮게 설정되고, 상기 개구부(122)와 상기 유동 공간(131)에서 생성되는 할로우 케소드 플라즈마 밀도는 높게 설정될 수 있다. 이에 따라, 상기 축전 결합 플라즈마는 낮은 플라즈마 밀도에 기인하여 막질 손상을 억제할 수 있다. 또한, 상기 할로우 케소드 플라즈마는 높은 가스 해리도를 제공할 수 있다.
이러한 방전 특성의 차이는 증착하고자 하는 박막의 막질을 조절할 수 있다. 또한, 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 기판에 직접 노출되지 않는 원격 플라즈마일 수 있다. 상기 할로우 케소드 플라즈마의 특성 및 확산 특성을 위하여, 상기 개구부(122)는 기판 방향으로 단차를 가지거나, 직경의 증가를 가지거나, 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
플라즈마 도움 원자층 증착을 위하여, 직접 플라즈마와 간접 플라즈마의 비율은 상기 제1 전극(152)의 개구부(122)의 직경, 상기 제1 전극(152)의 두께, 및 상기 제1 전극(120)과 상기 제1 보조 전극(130)의 간격을 조절하여 제어될 수 있다. 또한, 상기 직접 플라즈마는 상기 메인 방전 공간에 형성되는 축전 결합 플라즈마일 수 있다. 상기 간접 플라즈마는 상기 개구부 및 상기 유도 공간에 형성되는 할로우 케소드 플라즈마일 수 있다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 개구부(122)에 삽입되는 상기 돌출부(136)의 길이에 의존할 수 있다.
기판의 공간적 공정 균일도를 향상시키기 위하여, 상기 기판(153)의 중심 영역에서 상기 제1 노즐의 길이 또는 돌출부(136)의 길이는 상기 기판의 가장 자리에 비하여 클 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 중심 영역에서 상기 할로우 케소드 플라즈마의 밀도는 상기 가장 자리 영역에서 보다 높을 수 있다. 상기 할로우 케소드 플라즈마의 공간적 분포 조절은 박막 균일도를 향상시킬 수 있다.
균일한 박막 증착을 위하여, 상기 개구부들(122)의 직경은 위치에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극의 중심 부위에서 개구부들(122)의 직경은 크고, 가장 자리 영역에서 개구부들(122)의 직경은 작을 수 있다.
제1 전극(120)은 판 형태의 도전체일 수 있다. 상기 제1 전극(120)은 RF 전원으로부터 RF 전력을 공급받는다. 상기 제1 전극(120)은 매트릭스 형태로 배열된 개구부들(122)을 포함한다. 상기 개구부(122)의 내반경과 상기 돌출부(136)의 외반경의 차이는 할로우 케소드 방전을 수행할 수 있도록 수 밀리미터 내지 수십 밀리미터일 수 있다. 상기 제1 전극(120)의 모서리는 아크 방전을 억제하기 위하여 모따기 처리될 수 있다. 제1 전극(120)의 두께는 수 밀리미터 내지 수십 밀리미터 일 수 있다. 상기 제1 전극 및 상기 제1 보조 전극의 표면은 절연체로 코팅될 수 있다.
제2 전극(152)은 기판(153)을 지지하고 일정한 온도로 가열 또는 냉각할 수 있는 가열 및 냉각 수단을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(152)은 배치 평면을 변경하도록 높이 조절 수단을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(152)은 상기 제1 전극(120)과 대향하여 배치되고 기판을 장착할 수 있다. 상기 제2 전극(152)은 접지될 수 있다.
RF 전원(174)은 상기 유동 공간 및 상기 개구부(122)에 할로우 케소드 플라즈마를 형성하고, 상기 메인 플라즈마 공간(151)에 축전 결합 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 RF 전원(174)은 임피던스 매칭 네트워크(미도시) 및 RF 전력 공급 라인(172)을 통하여 상기 제1 보조 전극에 RF 전력을 공급할 수 있다. 상기 제1 전극(120)은 상기 도전 스페이서를 통하여 RF 전력을 공급받을 수 있다.
상기 제1 보조 전극(130)은 상기 제1 전극(120) 상에 배치되고 제1 방향으로 나란히 연장되는 복수의 제1 방향 유로들(132) 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향 유로들(132)의 양단을 각각 연결하는 한 쌍의 제2 방향 유로들(134)을 포함할 수 있다. 상기 제1 보조 전극(130)은 도전체로 형성되고 RF 전원(174)으로부터 RF 전력을 제공받을 수 있다.
상기 제1 보조 전극(130)은 판형이고 내부를 관통하여 제1 방향으로 나란히 연장되는 복수의 제1 방향 유로들(132)을 포함할 수 있다. 상기 제1 방향 유로들(132)의 양단은 제2 방향으로 연장되는 상기 제2 방향 유로들(134)에 연결될 수 있다. 상기 제1 방향 유로들(132)은 상기 제2 방향으로 일정한 간격을 가지고 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 평면도에서, 이웃한 제1 방향 유로들(132) 사이에는 제1 노즐들(138) 및 개구부들(122)이 제1 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 상기 제1 방향 유로들(132)에 제2 가스를 공급하기 위하여 한 쌍의 제2 방향 유로들(134)이 상기 제1 방향 유로들(132)의 양단의 최외곽에 배치될 수 있다. 상기 제2 방향 유로(134)는 상기 제1 보조 전극(130) 평면 내에서 상기 제1 방향에 수직한 상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향 유도들(132)의 일단을 모두 연결할 수 있다. 상기 제1 방향 유로들(132) 각각은 상기 제1 방향을 따라 주기적으로 배열된 상기 제2 노즐들(133)에 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(120)의 개구부들(122)은 이웃한 제1 방향 유로들(132) 사이에서 일정한 간격으로 제1 방향으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극(120)의 개구부들(122)은 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의되는 배치 평면에서 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
도전 스페이서(129)는 상기 제1 전극(120)의 상부면 가장자리에 배치될 수 있다. 상기 도전 스페이서(120)는 상기 제1 보조 전극(130)과 상기 제1 전극(120)을 전기적으로 연결하고 상기 유동 공간(131)을 형성할 수 있다. 상기 유동 공간(131)은 상기 제2 노즐들(133)에 의하여 분사된 제2 가스들이 확산되고 할로우 케소드 플라즈마를 형성할 수 있는 공간일 수 있다. 상기 제2 가스들은 상기 유동 공간(131) 및 상기 개구부(122) 내에서 할로우 케소드 플라즈마에 의하여 분해되어, 상기 개구부들(122)를 통하여 상기 메인 방전 공간(151)으로 토출될 수 있다. 상기 유동 공간(131)의 높이는 상기 유동 공간(131) 내에서 할로우 케소드 플라즈마가 형성되도록 수 밀리미터 이상으로 충분히 클 수 있다.
절연부(162)는 상기 제1 전극(120) 및 상기 제1 보조 전극(130)의 가장 자리를 감싸도록 배치되고 상기 공정 챔버(110)의 측벽에 결합할 수 있다. 상기 절연부(162)는 상기 공정 챔버(110)의 측벽(114)의 상부 내측에 형성된 턱에 삽입되어 결합할 수 있다. 상기 절연부(162)는 상기 제1 보조 전극(130)을 지지할 수 있다.
절연 스페이서(164)는 상기 절연부(162)와 상기 제1 보조 전극(130)의 가장 자리를 덮도록 배치될 수 있다. 상기 절연 스페이서(164)는 상기 뚜껑(140)과 상기 제1 보조 전극(130) 사이에 상기 가스 버퍼 공간(144)을 제공할 수 있다. 상기 절연 스페이서(144)는 상기 절연부(162)의 측면과 정렬될 수 있다. 절연 스페이서는 상기 뚜껑과 상기 제1 보조 전극 사이에 삽입될 수 있다. 또한, 상기 절연 스페이서(164)는 알루미나와 같은 세라믹 또는 플라스틱 계열일 수 있다. 절연 스페이서(164)의 두께는 기생 플라즈마가 발생하지 않도록 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터일 수 있다. 상기 가스 버퍼 공간(144)은 상기 제1 보조 전극(130)을 수직으로 관통하는 상기 제1 노즐들(138)에 연결될 수 있다. 상기 제1 노즐(138)의 길이는 상기 제2 노즐(133)의 길이보다 길 수 있다.
가스 공급 통로(142)는 상기 뚜껑(140)의 가장 자리를 수직으로 관통하여 상기 제2 방향 유로(134)에 연결될 수 있다. 제1 보조 홀(134a)은 상기 제1 보조 전극(130)의 가장 자리에서 상기 가스 공급통로(142)와 상기 제2 방향 유로(134)를 연결하도록 배치될 수 있다. 제2 보조홀(164a)은 상기 절연 스페이서(164)를 관통하고, 상기 제1 보조 홀(134a)과 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 가스 공급 통로(142)는 복수 개이고 제2 방향을 따라 배치될 수 있다.
RF 전력 공급 라인(172)은 상기 제1 방향으로 정렬된 이웃한 한 쌍의 제1 노즐들(138) 사이에서 상기 뚜껑(140)을 수직으로 관통하여 상기 제1 보조 전극(130)에 연결되어 상기 RF 전력을 상기 제1 보조 전극(130)에 공급할 수 있다. 상기 RF 전력 공급 라인(172)은 상기 제1 방향 유로들(132)과 교차하지 않도록 배치될 수 있다. 상기 RF 전력 공급 라인은(172) 일정한 특정 임피던스를 가지도록 동축 케이블 구조일 수 있다. 상기 RF 전력 공급 라인(172)은 내부 도전 라인, 상기 내부 도전 라인을 감싸는 절연층, 및 상기 절연층을 감싸는 외부 도전 자켓을 포함할 수 있다.
상기 제1 보조 전극(130)은 상기 제1 노즐(138)을 통하여 제1 가스를 분사하고 제2 노즐(133)을 통하여 제2 가스를 상기 유동 공간(131)에 분사할 수 있다. 원자층 증착의 경우, 제1 가스는 전구체 가스이고, 제2 가스는 반응성 가스일 수 있다. 예를 들어, 제1 노즐(138)로부터 분사되는 제1 가스는 tri-methyl aluminum (TMA), TiCl4, HfCl4, 또는 SiH4 일 수 있다. 제2 노즐(133)로부터 분사되는 제2 가스는 H2, N2, O2, NH3, Ar, He 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
플라즈마 도움 원자층 증착 공정에서, 제1 단계로, 상기 제1 보조 전극(130)은 상기 제1 노즐(138)을 통하여 제1 가스(예를 들어, TMA와 같은 전구체 가스)를 분사하고, 제2 단계로 제1 노즐(138)을 통하여 퍼지 가스(예를 들어, 아르곤 가스)를 분사하여 잉여 전구체 가스를 제거한다. 제3 단계에서, 제2 노즐(133)을 통하여 제2 가스 (예를 들어, 산소와 같은 반응 가스)를 공급하면서 상기 제1 전극(120) 및 제1 보조 전극(130)에 RF 전력을 공급하여 상기 유동 공간(131) 및 상기 개구부(122)에 할로우 케소드 플라즈마를 형성하고 메인 방전 공간(151)에 축전 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제2 가스를 상기 유동 공간(131) 및 개구부(122) 내에서 충분히 해리시킬 수 있다. 상기 축전 결합 플라즈마는 상기 메인 방전 공간(151)에서 상기 제2 가스를 추가적으로 활성화시킬 수 있다. 제4 단계에서, 제2 노즐(133)을 통하여 퍼지 가스(예를 들어, 아르곤 가스)를 분사하여 잉여 반응성 가스를 제거한다. 위의 제1 단계 내지 제4 단계를 반복한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 화학 기상 증착 장치에 적용될 수 있다. 제1 노즐(138)을 통하여 SiH4와 같은 소스 가스가 분사되고, 제2 노즐(133)을 통하여 수소, 질소, 또는 암모니아와 같은 희석 가스가 분사될 수 있다. 상기 희석 가스는 상기 유동 공간 및 상기 개구부(122) 내에서 할로우 케소드 플라즈마에 의하여 분해되고, 상기 소스 가스는 제1 노즐(138)에 의하여 분사되어 메인 플라즈마 공간(151)에서 분해될 수 있다. 이에 따라, 기판 상에 저온에서 실리콘과 같은 박막이 증착될 수 있다. 또한 소스 가스의 분해 특성에 적정한 제1 노즐(138)의 길이(또는 돌출부의 높이)를 적용하여 수소 함량 및 기타 기판에 결함 요소들을 제어할 수 있다. 구체적으로, 돌출부(136)의 하부면이 상기 제1 전극(120)의 하부면보다 낮으면, 상기 소스 가스는 할로우 케소드 플라즈마에 의한 영향을 최소로 받는다. 한편, 상기 돌출부(136)의 하부면이 상기 제1 전극(120)의 상부면보다 높으면, 상기 소스 가스는 할로우 케소드 플라즈마에 의하여 많은 영향을 받는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 대면적 디스플레이의 봉지공정에서 투습 특성 개선을 위한 유기막 또는 무기막의 원자층 증착 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 대면적 기판에서 위치별 스트레스나 투과도 등의 막질 균질성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 제1 노즐(138)에서 분사되는 제1 가스에 의한 메인 방전 공간과 유동 공간 및 개구부(122)에서 제2 가스에 의한 할로우 케소드 방전 공간을 서로 분리시키어, 제1 가스 및 제2 가스에 따라 플라즈마 해리 비율을 조정하여 막질을 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 절단 사시도이다. 도 1 내지 도 5에서 설명한 것과 중복되는 내용은 생략한다.
도 1 내지 도 5 및 도 6을 참조하면, 기판 처리 장치(200)는, 공정 챔버(110), 제1 전극(220), 제1 보조 전극(230), 및 제2 전극(152)을 포함한다. 상기 공정 챔버(110)는 뚜껑(140)을 포함하고 플라즈마 공정을 진행한다. 상기 제1 보조 전극(230)은 상기 뚜껑(140) 하부에 배치되고 RF 전력을 공급받고 상기 뚜껑(140)과 일정한 간격을 가지는 가스 버퍼 공간(144)을 제공한다. 상기 제1 전극(220)은 상기 제1 보조 전극(230) 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 상기 RF 전력을 공급받고 2차원적으로 배열된 복수의 개구부(222)들 포함한다. 상기 제2 전극(152)은 상기 제1 전극(220)의 하부에서 상기 제1 전극(220)과 이격되어 상기 제1 전극(220)을 마주보도록 배치되고 기판을 장착한다. 상기 제1 보조 전극(230)은 상기 제1 전극(220)의 개구부들(222) 각각에 정렬되고 상기 제1 보조 전극(230)의 하부면에서 돌출된 돌출부들(236), 상기 돌출부들(236)을 각각 관통하는 제1 노즐들(238), 및 상기 제1 보조 전극(230)의 상기 하부면에 배치된 배열된 제2 노즐들(233)을 포함한다. 메인 플라즈마는 상기 제1 전극(220)과 상기 제2 전극(152) 사이에 발생되고, 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극(220)과 상기 제1 보조 전극(230) 사이의 유동 공간(131)에서 발생된다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제2 노즐들(233)을 통하여 제공된 가스를 활성화하고, 활성화된 가스는 상기 제1 전극(220)의 상기 개구부들(222)을 통하여 분사된다.
상기 제1 노즐들(238)은 상기 제1 보조 전극(230)의 하부면에서 돌출된 돌출부들(236)을 각각 관통하여 배치될 수 있다. 상기 돌출부(236)는 상기 개구부(222)의 중심축에 삽입되어 배치될 수 있다. 제1 노즐들(238)은 상기 제1 전극(220)과 상기 제2 전극(152) 사이의 메인 방전 공간(151)에 제1 가스를 분사할 수 있다. 상기 제1 노즐들(238)은 가스 버퍼 공간(144)에 연통될 수 있다.
상기 제2 노즐들(233)은 상기 제1 보조 전극(230)를 통하여 유동 공간(131)에 제2 가스를 분사할 수 있다. 평면도에서, 상기 제2 노즐들(233)은 상기 돌출부(236) 주위에 배치될 수 있다. 상기 유동 공간(131)에 제공된 제2 가스는 확산되어 할로우 케소드 플라즈마에 의하여 해리된 후, 상기 개구부들을 통하여 상기 메인 방전 공간으로 토출될 수 있다. 상기 제1 노즐(238)의 길이(L1)는 상기 제2 노즐(233)의 길이(L2)보다 길 수 있다. 제2 노즐들(233)은 제1 방향 유로(132)에 연결될 수 있다.
상기 돌출부(236)의 하부면은 상기 제1 전극(220)의 하부면보다 낮을 수 있다. 상기 제1 노즐(238)의 출구가 상기 개구부 외부에 위치하는 경우, 제1 가스는 상기 개구부 및 상기 유동 공간에서 발생하는 할로우 케소드 방전의 영향을 거의 받지 않는다. 이러한 구조는 전구체 가스가 플라즈마에 노출되지 않은 플라즈마 도움 원자층 증착 공정에 적용될 수 있다.
상기 제1 전극(220)의 개구부(222)는 상기 기판 방향(또는 제2 전극 방향)으로 직경이 점차 증가하는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 상기 테이퍼진 개구부(222)의 형상은 할로우 케소드 플라즈마의 확산을 제어할 수 있다. 테이퍼 각도는 중심축을 기준으로 10도 내지 45도일 수 있다. 상기 테이퍼 각도가 커질수록, 할로우 케소드 플라즈마는 넓게 퍼질 수 있다.
또한, 제1 노즐들(238)의 출구는 상기 기판 방향(또는 제2 전극 방향)으로 직경이 점차 증가하는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 노즐들(238)을 통하여 분사되는 제1 가스의 확산이 제어될 수 있다. 제1 노즐(238)의 출구의 각도는 10도 내지 45도일 수 있다.
제2 노즐들(233)의 출구는 상기 기판 방향(또는 제2 전극 방향)으로 직경이 점차 증가하는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 노즐들(233)을 통하여 분사되는 제2 가스의 확산은 상기 유동 공간(131)에서 제2 노즐들(233)의 출구 형태에 의하여 제어될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 절단 사시도이다. 도 1 내지 도 6에서 설명한 것과 중복되는 내용은 생략한다.
도 7을 참조하면, 기판 처리 장치(100a)는, 공정 챔버(110), 제1 전극(120), 제1 보조 전극(130), 및 제2 전극(152)을 포함한다. 상기 공정 챔버(110)는 뚜껑(140)을 포함하고 플라즈마 공정을 진행한다. 상기 제1 보조 전극(130)은 상기 뚜껑(140) 하부에 배치되고 RF 전력을 공급받고 상기 뚜껑(140)과 일정한 간격을 가지는 가스 버퍼 공간(144)을 제공한다. 상기 제1 전극(220)은 상기 제1 보조 전극(130) 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 상기 RF 전력을 공급받고 2차원적으로 배열된 복수의 개구부들(122a) 포함한다. 상기 제2 전극(152)은 상기 제1 전극(120)의 하부에서 상기 제1 전극(120)과 이격되어 상기 제1 전극(120)을 마주보도록 배치되고 기판을 장착한다. 상기 제1 보조 전극(130)은 상기 제1 전극(120)의 개구부들(122a) 각각에 정렬되고 상기 제1 보조 전극(230)의 하부면에서 돌출된 돌출부들(136), 상기 돌출부들(136)을 각각 관통하는 제1 노즐들(138), 및 상기 제1 보조 전극(130)의 상기 하부면에 배치된 배열된 제2 노즐들(133)을 포함한다. 메인 플라즈마는 상기 제1 전극(120)과 상기 제2 전극(152) 사이에 발생되고, 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극(120)과 상기 제1 보조 전극(130) 사이의 유동 공간(131)에서 발생된다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제2 노즐들(133)을 통하여 제공된 가스를 활성화하고, 활성화된 가스는 상기 제1 전극(120)의 상기 개구부들(122a)을 통하여 분사된다.
제1 노즐(138)의 출구는 상기 제1 전극(130)의 개구부(122a) 내에 배치될 수 있다. 상기 제1 전극의 개구부(122a)의 단면 형태는 하나 이상의 수직 단차가 형성 되도록 직선 구간을 포함할 수 있다. 상기 개구부(122a)의 상부 및 하부 직경과 다른 직경이 내부에 하나 이상 포함될 수 있다. 상기 개구부(122a)의 하부 직경은 상부 직경보다 클 수 있다. 상기 수직 단차가 형성된 형태는 플라즈마 확산에 의한 플라즈마 공간 분포 또는 증착률 공간 분포를 개선할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 9는 도 8의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 도 8의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 도 8의 III-III' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 도 8의 IV-IV' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(300)는, 공정 챔버(110), 제1 전극(120), 제1 보조 전극(330), 및 제2 전극(152)을 포함한다. 상기 공정 챔버(110)는 뚜껑(340)을 포함하고 플라즈마 공정을 진행한다. 상기 제1 보조 전극(330)은 상기 뚜껑(340) 하부에 배치되고 RF 전력을 공급받고 상기 뚜껑(340)과 일정한 간격을 가지는 가스 버퍼 공간(344)을 제공한다. 상기 제1 전극(120)은 상기 제1 보조 전극(330) 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 상기 RF 전력을 공급받고 2차원적으로 배열된 복수의 개구부(122)들 포함한다. 상기 제2 전극(152)은 상기 제1 전극(120)의 하부에서 상기 제1 전극(120)과 이격되어 상기 제1 전극(120)을 마주보도록 배치되고 기판을 장착한다. 상기 제1 보조 전극(330)은 상기 제1 전극(120)의 개구부들(122) 각각에 정렬되고 상기 제1 보조 전극(330)의 하부면에서 돌출된 돌출부들(336), 상기 돌출부들(136)을 각각 관통하는 제1 노즐들(338), 및 상기 제1 보조 전극(330)의 상기 하부면에 배치된 배열된 제2 노즐들(333)을 포함한다. 메인 플라즈마는 상기 제1 전극(120)과 상기 제2 전극(152) 사이에 발생되고, 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극(120)과 상기 제1 보조 전극(330) 사이의 유동 공간(131)에서 발생된다. 상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제2 노즐들(333)을 통하여 제공된 가스를 활성화하고, 활성화된 가스는 상기 제1 전극의 상기 개구부들(122)을 통하여 분사된다.
상기 제1 노즐들(338)은 제1 가스를 분사하고, 상기 돌출부(336)의 외직경은 상기 제1 전극(120)의 상기 개구부(122)의 내경보다 작다. 상기 제2 노즐들(333)은 제2 가스를 분사하고, 상기 제2 노즐들(333)에서 분사된 상기 제2 가스는 유동 공간(331)을 통하여 상기 제1 전극(120)의 상기 개구부들(122)를 통하여 분사된다.
상기 제1 보조 전극(330)은 상기 제1 전극(120) 상에 배치되고 제1 방향으로 나란히 연장되는 복수의 제1 방향 유로들(332) 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향 유로들(332)의 양단을 각각 연결하는 한 쌍의 제2 방향 유로들(334)을 포함한다.
상기 제1 전극의 개구부들(122)은 평면도에서 상기 제1 방향 유로들(332) 상에서 일정한 간격으로 배치된다. 상기 가스 버퍼 공간(344)은 외부로부터 가스 공급 라인(146)을 통하여 제2 가스를 공급받을 수 있다. 상기 가스 버퍼 공간(344)은 상기 제2 노즐들(333)에 연결된다. 상기 제1 방향 유로들(332) 각각은 상기 제1 방향을 따라 주기적으로 상기 제1 노즐들(338)에 연결된다. 상기 제2 노즐들(333)은 평면도 상에서 이웃한 한 쌍의 제1 방향 유로들(332) 사이에 제1 방향을 따라 주기적으로 배치될 수 있다.
가스 공급 통로(342)는 상기 뚜껑(340)의 가장 자리를 관통하여 상기 제2 방향 유로(334)에 연결되고 제1 가스를 공급할 수 있다. 상기 제1 보조 전극(330)의 가장 자리에는 상기 가스 공급통로(342)와 상기 제2 방향 유로(334)를 연결하는 제1 보조 홀(334a)이 배치될 수 있다.
RF 전력 공급 라인(172)은 상기 제1 방향으로 정렬된 이웃한 한 쌍의 제2 노즐들(333) 사이에서 상기 뚜껑(340)을 수직으로 관통하여 상기 제1 보조 전극(330)에 연결되어 상기 RF 전력을 상기 제1 보조 전극(330)에 공급할 수 있다. 상기 메인 플라즈마 방전 공간(151)에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 메인 플라즈마가 형성될 수 있다. 상기 유동 공간(131) 및 상기 개구부(122)에는 할로우 케소드 플라즈마가 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 14는 도 13의 V-V' 선을 따라 자른 절단 사시도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(300a)는, 공정 챔버(110), 제1 전극(120), 제1 보조 전극(330), 및 제2 전극(152)을 포함한다.
상기 제1 보조 전극(330)는 상기 제2 방향 유로들(334) 사이에서 주기적으로 배치되고 상기 제2 방향으로 나란히 연장되는 제2 방향 보조 유로들(334a)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 방향 유로들(332)과 상기 제2 방향 보조 유로들(334a)은 서로 교차할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 노즐(338)로 분사되는 제1 가스는 공간적으로 균일하게 분사될 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100c)는, 공정 챔버(110), 제1 전극(120), 제1 보조 전극(330), 및 제2 전극(152)을 포함한다.
상기 제1 전극(120)의 개구부(122)의 단면 또는 직경은 배치 평면의 위치에 따라 다를 수 있다. 구체적으로, 2차원적으로 매트릭스 형태로 배열된 제1 전극의 개구부들 중에서 최외곽에 배치된 개구부들은 내부에 배치된 개구부들의 직경보다 더 클 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100d)는, 공정 챔버(110), 제1 전극(120), 제1 보조 전극(330), 및 제2 전극(152)을 포함한다.
돌출부(136)의 길이, 제1 노즐들(138)의 길이 또는 제1 노즐들(138)의 출구의 위치는 배치 평면의 위치에 따라 서로 다를 수 있다. 구체적으로 중심 영역에 배치된 제1 노즐(138)의 출구는 상기 제1 전극의 개구부(122)의 하부면보다 낮은 위치에 배치되고, 외곽 영역에 배치된 제1 노즐(138)의 출구는 상기 제1 전극의 개구부(122)의 하부면 높은 위치에 배치될 수 있다. 또는 상기 돌출부의 길이는 중심 영역에 크고, 외곽 영역에서 작을 수 있다.
제1 노즐들(138)의 길이 또는 제1 노즐들의 출구의 위치를 배치 평면에서 위치에 따라 변경하면, 국소적으로 플라즈마 특성의 공간 분포를 변경할 수 있다. 이에 따라, 대면적에서 나타나는 공간적 막질 분포 및 두께 편차를 줄일 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 처리 장치
120: 제1 전극
122: 개구부
130: 제1 보조 전극
133: 제2 노즐
138: 제1 노즐
120: 제1 전극
122: 개구부
130: 제1 보조 전극
133: 제2 노즐
138: 제1 노즐
Claims (18)
- 공정 챔버;
상기 공정 챔버 내에서 상부에 배치되고 가스 버퍼 공간을 제공하는 제1 보조 전극;
상기 제1 보조 전극의 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 유동 공간을 제공하고 복수의 개구부들을 포함하는 제1 전극; 및
상기 제1 전극의 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 기판을 장착하는 제2 전극;을 포함하고,
상기 제1 보조 전극은 상기 제1 전극의 상기 개구부들 각각에 삽입되고 상기 제1 보조 전극의 하부면에서 돌출된 돌출부들을 포함하고,
상기 제1 보조 전극과 상기 제1 전극은 병렬 연결되어 RF 전력을 공급받고,
할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극과 상기 제1 보조 전극 사이의 상기 유동 공간에서 발생되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 돌출부들은 상기 제1 전극의 개구부들에 각각에 정렬되고,
상기 보조 전극은 제1 노즐들 및 제2 노즐들을 포함하고,
상기 제1 노즐들은 상기 돌출부들을 각각 관통하고,
상기 제2 노즐들은 상기 제1 보조 전극의 하부면에 배열된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 돌출부들은 상기 제1 전극의 개구부들에 각각에 정렬되고,
상기 돌출부의 외경은 상기 제1 전극의 상기 개구부의 내경보다 작고,
제2 노즐은 상기 제1 보조 전극의 하부면에 배열된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극의 가장 자리에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제1 보조 전극을 서로 전기적으로 연결하고 상기 유동 공간을 제공하는 도전 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 노즐들은 상기 가스 버퍼 공간에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제2 노즐들은 상기 가스 버퍼 공간에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 뚜껑을 포함하고 플라즈마 공정을 진행하는 공정 챔버;
상기 뚜껑 하부에 배치되고 RF 전력을 공급받고 상기 뚜껑과 일정한 간격을 가지는 가스 버퍼 공간을 제공하는 제1 보조 전극;
상기 제1 보조 전극 하부에서 일정한 간격을 가지고 배치되고 상기 RF 전력을 공급받고 2차원적으로 배열된 복수의 개구부들을 포함하는 제1 전극; 및
상기 제1 전극의 하부에서 상기 제1 전극과 이격되어 상기 제1 전극을 마주보도록 배치되고 기판을 장착하는 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 보조 전극은 상기 제1 전극의 개구부들 각각에 정렬되고 상기 제1 보조 전극의 하부면에서 돌출된 돌출부들, 상기 돌출부들을 각각 관통하는 제1 노즐들, 및 상기 제1 보조 전극의 상기 하부면에 배치된 배열된 제2 노즐들을 포함하고,
메인 플라즈마는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 발생되고,
할로우 케소드 플라즈마는 상기 제1 전극과 상기 제1 보조 전극 사이의 유동 공간에서 발생되고,
상기 제1 보조 전극과 상기 제1 전극은 병렬 연결되어 RF 전력을 공급받고,
상기 할로우 케소드 플라즈마는 상기 제2 노즐들을 통하여 제공된 가스를 활성화하고, 활성화된 가스는 상기 제1 전극의 상기 개구부들을 통하여 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 노즐들은 제1 가스를 분사하고,
상기 돌출부의 외직경은 상기 제1 전극의 상기 개구부의 내경보다 작고,
상기 제2 노즐들은 제2 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 전극의 가장 자리에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제1 보조 전극을 서로 전기적으로 연결하고 상기 유동 공간을 제공하는 도전 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 보조 전극은:
상기 제1 보조 전극 내부에서 제1 방향으로 나란히 연장되는 복수의 제1 방향 유로들; 및
상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향 유로들의 양단을 각각 연결하는 한 쌍의 제2 방향 유로들을 포함하고,
상기 제2 노즐들은 상기 제1 방향 유로들에 연결되고,
상기 제1 노즐은 상기 가스 버퍼 공간에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 보조 전극의 가장 자리에서 상기 제1 보조 전극의 배치평면을 수직으로 관통하여 상기 제2 방향 유로에 연결되는 가스 공급 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 보조 전극의 가장 자리에서 상기 제1 보조 전극과 상기 뚜껑 사이에 배치되어 가스 버퍼 공간을 형성하는 절연 스페이서를 더 포함하고,
상기 가스 버퍼 공간은 상기 제1 노즐들에 연결되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 제1 보조 전극의 가장 자리를 감싸도록 배치되고 상기 공정 챔버의 측벽에 결합하는 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
제1 방향으로 정렬된 이웃한 한 쌍의 제1 노즐들 사이에서 상기 제1 보조 전극을 수직으로 관통하여 상기 제1 보조 전극에 연결되어 상기 RF 전력을 상기 제1 보조 전극에 공급하는 적어도 하나의 RF 전력 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 전극의 개구부는 상기 기판 방향으로 진행함에 따라 서로 다른 직경에 기인한 수직 단차를 거지거나 직경이 점차 증가하는 테이퍼 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 노즐의 하부면은 상기 제1 전극의 하부면보다 낮아 상기 기판 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 노즐의 출구는 상기 기판 방향으로 진행함에 따라 직경이 증가하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 보조 전극은:
상기 제1 보조 전극 내부에서 제1 방향으로 나란히 연장되는 복수의 제1 방향 유로들; 및
상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 상기 제1 방향 유로들의 양단을 각각 연결하는 한 쌍의 제2 방향 유로들을 포함하고,
상기 제2 노즐들은 상기 가스 버퍼 공간에 연결되고,
상기 제1 노즐은 상기 제1 방향 유로들에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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