KR20110072336A - Substrate processing device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A substrate processing device is provided to prevent particles or damaged due to plasma by suppressing the plasma on a specific region. CONSTITUTION: A chamber(10) has a space to process a substrate. A substrate support(20) is rotatably installed in the chamber. A plurality of spray plates(50) are installed in a top lead to spray process gas to the substrate along a circumference direction. An electrode is connected to a selected spray plate among the spray plates and generates plasma between the selected spray plate and the substrate support. A gas spray unit includes a partition member between a selection region and a non-selection region. The spray plate in the selection region is electrically connected to the spray plate in the non-selection region.

Description

기판처리장치{Substrate processing device}Substrate processing device

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판 상에 박막을 증착하기 위한 원자층 증착장치, 화학적 기상 증착장치 등 다양한 형태의 박막증착장치들 중 플라즈마를 형성하여 증착을 촉진시키는 기판처리장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus for forming a plasma among various types of thin film deposition apparatuses such as an atomic layer deposition apparatus and a chemical vapor deposition apparatus for depositing a thin film on a semiconductor substrate. It is about.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 기판 상에 서로 성질을 달리하는 도전막, 반도체막 및 절연막 등의 박막을 그 적층의 순서 및 패턴의 형상을 조합하여 일정한 기능을 수행하는 전자회로를 실현하는 과정이라고 말할 수 있다. 이에 따라 반도체 소자 제조 공정에서는 여러 가지 박막의 증착과 식각 단위 공정이 반복적으로 행해지며, 이러한 단위 공정을 실시하기 위해 기판은 해당 공정의 진행에 최적의 조건을 제공하는 기판처리장치에 반입되어 처리된다.In general, the manufacturing process of a semiconductor device is a process of realizing an electronic circuit that performs a certain function by combining thin films, such as conductive films, semiconductor films, and insulating films, having different properties on a substrate, by combining the order of stacking and the shape of a pattern. I can speak. Accordingly, in the semiconductor device manufacturing process, various thin film deposition and etching unit processes are repeatedly performed. In order to perform the unit process, the substrate is loaded and processed into a substrate processing apparatus that provides optimum conditions for the process. .

이러한 기판처리장치들 중 기판에 박막을 증착하기 위한 장치로는 스퍼터링 장치, 화학적 기상 증착장치, 원자층 증착장치 등이 있으며, 이하에서는 원자층 증착장치, 특히 복수 매의 기판이 회전되면서 처리되는 형태의 원자층 증착장치를 예로 들어 설명하기로 한다. Among the substrate processing apparatuses, a device for depositing a thin film on a substrate includes a sputtering apparatus, a chemical vapor deposition apparatus, an atomic layer deposition apparatus, and the like. Hereinafter, an atomic layer deposition apparatus, in particular, a form in which a plurality of substrates are processed while rotating An atomic layer deposition apparatus will be described as an example.

종래의 원자층 증착장치가 도 1에 도시되어 있다. A conventional atomic layer deposition apparatus is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 종래의 원자층 증착장치(9)는 내부에 공간부가 형성되어 있는 챔버(1)와, 챔버(1) 내부에 회전가능하게 설치되며 복수의 기판(s)이 안착되는 기판지지부(2)를 구비한다. 챔버(1)의 상부에는 기판(s)을 향해 가스를 공급하는 가스분사장치(3)가 설치된다. Referring to FIG. 1, a conventional atomic layer deposition apparatus 9 includes a chamber 1 having a space formed therein, a substrate rotatably installed in the chamber 1, and a plurality of substrates s mounted thereon. The support part 2 is provided. In the upper part of the chamber 1, a gas injection device 3 for supplying gas toward the substrate s is provided.

가스분사장치(3)는 복수의 샤워헤드(4)로 이루어지는데, 샤워헤드(4)는 원주방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치된다. 즉, 챔버(1) 상부의 탑리드(5)의 하부에 복수의 원호형 샤워헤드(4)가 결합된다. 탑리드(5)에는 중심점을 기준으로 복수의 가스주입공(7)이 형성되어 있어, 각 가스주입공(7)을 통해 각 샤워헤드(4)에 가스를 공급한다. 가스주입공(7)을 통해 주입된 가스는 샤워헤드(4)와 탑리드(5) 사이(c)에서 확산되어, 샤워헤드(4)에 형성된 다수의 가스분사공(8)을 통해 기판(s)으로 공급된다. The gas injection device 3 is composed of a plurality of shower heads 4, which are arranged at angular intervals along the circumferential direction. That is, a plurality of arc-shaped shower heads 4 are coupled to the lower part of the top lid 5 above the chamber 1. The top lead 5 is provided with a plurality of gas injection holes 7 based on the center point, and supplies gas to each shower head 4 through each gas injection hole 7. Gas injected through the gas injection hole 7 is diffused between the shower head 4 and the top lid 5 (c), the substrate (through a plurality of gas injection holes 8 formed in the shower head 4) s).

기판지지부(2)는 챔버(1) 내에서 회전하면서, 각 샤워헤드(4)로부터 공급되는 가스를 순차적으로 공급받아 박막증착이 이루어진다. 예컨대, 공정이 시작되는 시점에 제1원료가스를 공급받고, 순차적으로 퍼지가스, 제2원료가스 및 퍼지가스를 공급받음으로써 박막증착이 이루어지며, 가스들은 펌핑유로(p)를 통해 배출됨으로써 공정이 완료된다. The substrate support part 2 rotates in the chamber 1, and receives the gas supplied from each shower head 4 sequentially, and thin film deposition is performed. For example, the first raw material gas is supplied at the start of the process, and the thin film deposition is performed by sequentially receiving the purge gas, the second raw material gas, and the purge gas, and the gases are discharged through the pumping flow path p to process the process. Is completed.

보다 자세하게 설명하면, 제1원료가스가 챔버 내로 공급되면 기판 표면과의 반응을 통해 단원자층이 기판 표면에 화학 흡착된다. 그러나 기판 표면이 제1원료가스로 포화되면 단원자층 이상의 제1원료가스들은 동일한 리간드간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태에 있게 된다. 퍼 지(purge)가스가 공급되면 이 물리 흡착 상태의 제1원료가스들은 퍼지가스에 의해서 제거된다. 첫 번째 단원자층 위에 제2원료가스가 공급되면 제1원료가스와 제2원료가스의 리간드 상호간 치환반응을 통해 두 번째 층이 성장하고, 첫 번째 층과 반응하지 못한 제2원료가스들은 물리 흡착 상태에 있게 되어 퍼지가스에 의해 제거된다. 그리고 이 두 번째 층의 표면은 제1원료가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다. 상기한 과정이 하나의 사이클을 이루고 여러 사이클의 반복에 의해 박막이 증착되는 것이다.In more detail, when the first raw material gas is supplied into the chamber, the monoatomic layer is chemisorbed on the surface of the substrate through reaction with the surface of the substrate. However, when the surface of the substrate is saturated with the first raw material gas, the first raw material gases of the monoatomic layer or more do not form a chemisorption state due to non-reactivity between the same ligands, and are in a physical adsorption state. When a purge gas is supplied, the first raw material gases in the physical adsorption state are removed by the purge gas. When the second raw material gas is supplied on the first monolayer, the second layer grows through the substitution reaction between the ligands of the first raw material gas and the second raw material gas, and the second raw material gases that do not react with the first layer are physically adsorbed. To be removed by the purge gas. And the surface of this second layer is in a state capable of reacting with the first raw material gas. The above process forms one cycle and the thin film is deposited by repetition of several cycles.

한편, 상기한 구성으로 이루어진 종래의 원자층 증착장치(9)에서는 박막증착을 촉진시키기 위하여 기판지지부(2)와 가스분사장치(3) 사이에 플라즈마를 형성한다. 즉, 금속 재질의 탑리드(5) 또는 샤워헤드(4)에 직류전원 또는 RF전원과 연결된 전극을 설치하고, 금속 재질의 기판지지부(2)는 접지시킴으로써, 전원이 인가되면 기판지지부(2)와 샤워헤드(4) 사이에 플라즈마를 형성시킨다. On the other hand, in the conventional atomic layer deposition apparatus 9 having the above-described configuration, a plasma is formed between the substrate support 2 and the gas injection apparatus 3 to promote thin film deposition. That is, an electrode connected to a DC power source or an RF power source is installed on the metal top lid 5 or the shower head 4, and the substrate support part 2 of the metal material is grounded, so that the power is applied to the substrate support part 2. And plasma are formed between the showerhead and the showerhead 4.

종래의 원자층 증착장치(9)에서는 기판지지부(2) 위의 전체 영역에서 플라즈마가 형성되는데, 실제로 플라즈마가 필요한 영역은 원료가스(소스가스 및 반응가스)가 분사되는 영역이며, 퍼지가스가 분사되는 영역에서는 오히려 플라즈마에 의한 손상이 발생될 수 있다. In the conventional atomic layer deposition apparatus (9), plasma is formed in the entire area above the substrate support (2). In reality, the area where the plasma is required is the area where the source gas (the source gas and the reaction gas) is injected, and the purge gas is injected. Rather, damage may be caused by plasma.

또한 불필요한 영역에도 플라즈마를 형성하는 것은 박막증착의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 챔버 내에 파티클을 발생시킬 수 있어 바람직하지 않다는 문제점이 있었다. In addition, the formation of plasma in an unnecessary area not only lowers the efficiency of thin film deposition but also generates particles in the chamber, which is not preferable.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선택된 영역에 한하여 플라즈마를 형성시킬 수 있어 기판에 대한 처리효율이 향상되도록 구조가 개선된 기판처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus having an improved structure so that plasma can be formed only in a selected region, thereby improving processing efficiency with respect to a substrate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는 본체와 상기 본체를 개폐하는 탑리드를 구비하며, 기판에 대한 일정한 처리를 수행하도록 내부에 공간부가 형성되는 챔버, 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 복수의 기판이 각각 안착되도록 복수의 기판안착부가 형성되어 있는 기판지지대 및 상기 기판을 향해 공정가스를 분사할 수 있도록 상기 탑리드에 원주 방향을 따라 설치되는 복수의 분사플레이트와, 상기 분사플레이트들 중 선택된 분사플레이트에 전기적으로 연결되어 상기 선택된 분사플레이트와 상기 기판지지대 사이에 플라즈마를 형성시키는 전극과, 상기 선택된 분사플레이트를 포함하는 선택영역에만 상기 플라즈마가 형성되도록 상기 선택영역과 비선택영역 사이에 설치되는 격벽부재를 구비하며, 상기 선택영역 내에 배치된 상기 분사플레이트는 상기 비선택영역 내에 배치된 분사플레이트와 전기적으로 절연되도록 구성된 가스분사체를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다. Substrate processing apparatus according to the present invention for achieving the above object has a main body and a top lid for opening and closing the main body, a chamber having a space formed therein to perform a predetermined process for the substrate, rotatably inside the chamber And a plurality of spraying plates installed along the circumferential direction of the top support and the substrate support on which the plurality of substrate seating portions are formed so as to seat the plurality of substrates, and the process gas is sprayed toward the substrate. An electrode that is electrically connected to a selected spraying plate among the spraying plates to form a plasma between the selected spraying plate and the substrate support, and the selection region and the non-selection so that the plasma is formed only in a selection region including the selected spraying plate. A partition member provided between the regions, wherein the selection It said jet plate disposed in the station is characterized in comprising an gas distribution member configured to be electrically insulated and the jet plate disposed in the non-selection area.

본 발명에 따르면, 상기 격벽부재는 상기 탑리드의 하면으로부터 상기 기판지지대를 향해 하방으로 돌출되게 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 격벽부재와 기판지지대 사이의 간격은 상기 분사플레이트와 기판지지대 사이에 형성되는 플라즈마 쉬스의 두께보다 작다. According to the present invention, the partition member is preferably formed to protrude downward from the lower surface of the top lead toward the substrate support, more preferably the spacing between the partition member and the substrate support is the injection plate and the substrate support It is smaller than the thickness of the plasma sheath formed in between.

또한 본 발명에 따르면, 상기 전극은 상기 탑리드를 관통하여 상기 분사플레이트에 연결되며, 상기 탑리드와 전기적으로 절연되도록 상기 전극을 감싸는 절연부재를 더 구비하는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the electrode is connected to the injection plate through the top lead, it is preferable to further include an insulating member surrounding the electrode to be electrically insulated from the top lead.

또한 본 발명에 따르면, 상기 격벽부재는 전기적 절연체로서, 상기 격벽부재의 상부에는 상기 탑리드와 분사플레이트 사이로 돌출된 삽입부가 형성되어, 상기 분사플레이트와 탑리드는 전기적으로 상호 절연되는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the partition member is an electrical insulator, the insertion portion protruding between the top lead and the injection plate is formed on the upper portion of the partition member, it is preferable that the injection plate and the top lead is electrically insulated from each other.

또한 본 발명에 따르면, 상기 선택영역의 외부 양측에 배치된 분사플레이트에서는 암모니아와 같은 플라즈마 비활성화 가스 또는 불활성가스가 분사되며, 그 분사되는 가스의 압력이 선택영역 내부에 배치된 분사플레이트에서 분사되는 가스의 압력보다 큰 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the plasma inert gas such as ammonia or inert gas is injected from the injection plates disposed on both outside of the selection region, and the pressure of the injected gas is injected from the injection plate disposed inside the selection region. It is preferable that it is larger than the pressure of.

상기 선택영역에 배치된 분사플레이트와 상기 기판지지대 사이의 간격과 상기 비선택영역에 배치된 분사플레이트와 상기 기판지지대 사이의 간격과 같거나 큰 것이 바람직하다. Preferably, the distance between the spray plate disposed in the selection area and the substrate support and the distance between the spray plate disposed in the non-selection area and the substrate support are equal to or greater than.

본 발명에 따른 기판처리장치는 선택영역과 비선택영역을 상호 분리하여 선택영역에만 국한되게 플라즈마를 형성할 수 있으므로 기판 처리의 쓰루풋을 그대로 유지하면서도, 경제적으로 장치를 운용할 수 있다는 장점이 있다. The substrate processing apparatus according to the present invention has the advantage of being able to economically operate the apparatus while maintaining the throughput of the substrate processing since the plasma can be formed to be limited to the selected region by separating the selected region and the non-selected region.

또한, 본 발명에서는 플라즈마가 불필요한 영역에서 플라즈마를 억제함으로 써 플라즈마에 의한 손상이나 파티클 발생의 문제를 해결할 수 있다. In addition, the present invention can solve the problem of damage or particle generation by the plasma by suppressing the plasma in the region where the plasma is unnecessary.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 보여주는 개략적 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 기판처리장치의 가스분사체의 개략적 분리사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 가스분사체가 결합된 상태의 개략적 사시도이다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of a gas injection body of the substrate processing apparatus shown in FIG. 2, and FIG. 4 is shown in FIG. 3. It is a schematic perspective view of the combined state of the gas injector.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치(100)는 챔버(10), 기판지지대(20) 및 가스분사체(90)를 구비한다. 2 to 4, the substrate processing apparatus 100 according to the preferred embodiment of the present invention includes a chamber 10, a substrate support 20, and a gas sprayer 90.

챔버(10)는 본체(18)와 이 본체(18)의 상부에 회동가능하게 설치되어 본체(18)의 내부를 개폐하는 탑리드(19)를 구비한다. 탑리드(19)가 본체(18)의 내부를 폐쇄하면, 챔버(10)의 내부에는 예컨대 증착공정 등 기판(s)에 대한 일정한 처리가 행해지는 공간부(11)가 형성된다. The chamber 10 includes a main body 18 and a top lead 19 rotatably installed on the upper part of the main body 18 to open and close the inside of the main body 18. When the top lid 19 closes the inside of the main body 18, a space 11 is formed inside the chamber 10 in which a constant treatment is performed on the substrate s, such as, for example, a deposition process.

챔버(10) 내측의 공간부(11)는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로 가스의 배기를 위한 배기시스템이 마련된다. 즉, 챔버(10)의 하부에는 고리형의 홈부(14)가 형성되며 홈부(14)의 상부에는 베플(12)이 씌워짐으로써, 홈부(14)와 베플(12)에 의하여 둘러 싸인 배기유로가 형성된다. 이 배기유로의 양측에는 각각 외부의 펌프(미도시)와 연결되는 펌핑유로(p)가 마련된다. 베플(12)에는 흡입구(13)가 형성되어 있어 공간부(11)의 가스들은 흡입구(13)를 통해 배기유로로 유 입된 후, 펌핑유로(p)를 통해 배기된다. Since the space 11 inside the chamber 10 should be generally formed in a vacuum atmosphere, an exhaust system for exhausting gas is provided. That is, an annular groove portion 14 is formed in the lower portion of the chamber 10, and the upper portion of the groove portion 14 is covered with a baffle 12, so that the exhaust passage surrounded by the groove portion 14 and the baffle 12 is provided. Is formed. Pumping passages p are provided at both sides of the exhaust passage, respectively, connected to an external pump (not shown). The inlet 12 is formed in the baffle 12, so that the gases in the space 11 are introduced into the exhaust passage through the inlet 13, and then exhausted through the pumping passage p.

또한, 챔버(10)의 바닥면에는 후술할 기판지지대(20)의 회전축(22)이 삽입되는 관통공(15)이 형성되어 있다. 기판(s)은 챔버(10)의 측벽에 마련된 게이트밸브(미도시)를 통해 챔버(10)의 내외부로 유입 및 유출된다.In addition, a through hole 15 into which the rotating shaft 22 of the substrate support 20 to be described later is inserted is formed at the bottom surface of the chamber 10. The substrate s flows into and out of the chamber 10 through a gate valve (not shown) provided on the sidewall of the chamber 10.

기판지지대(20)는 기판(s)을 지지하기 위한 것으로서, 지지플레이트(21)와 회전축(22)을 구비한다. 지지플레이트(21)은 원판 형상으로 평평하게 형성되어 챔버(10) 내에 평행하게 배치되며, 회전축(22)은 수직하게 배치되어 지지플레이트(21)의 하부에 마련된다. 회전축(22)은 챔버(10)의 관통공(15)을 통해 외부로 연장되어 모터(미도시) 등의 구동수단과 연결되어, 지지플레이트(21)를 회전 및 승강시킨다. 회전축(22)과 관통공(13) 사이를 통해 챔버(10) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지하고자, 회전축(22)은 벨로우즈(미도시)에 의하여 감싸져 있다.The substrate support 20 is for supporting the substrate s, and includes a support plate 21 and a rotation shaft 22. The support plate 21 is formed flat in a disc shape and disposed in parallel in the chamber 10, and the rotation shaft 22 is vertically disposed to be provided below the support plate 21. The rotary shaft 22 extends to the outside through the through hole 15 of the chamber 10 and is connected to a driving means such as a motor (not shown) to rotate and lift the support plate 21. In order to prevent the vacuum inside the chamber 10 from being released between the rotating shaft 22 and the through hole 13, the rotating shaft 22 is wrapped by a bellows (not shown).

지지플레이트(21)의 상부에는 원주방향을 따라 복수의 기판안착부(23)가 형성된다. 이 기판안착부(23)는 오목하게 형성되어 지지플레이트(21)가 회전되더라도 기판(s)이 이탈되지 않고 지지플레이트(21) 상부에 지지될 수 있게 하는 역할을 한다. 또한 지지플레이트(21)의 하측에는 히터(미도시)가 매설되어 기판(s)을 일정한 공정온도로 가열한다.A plurality of substrate seats 23 are formed on the support plate 21 along the circumferential direction. The substrate seating part 23 is formed to be concave so that the substrate s can be supported on the support plate 21 without being separated even when the support plate 21 is rotated. In addition, a heater (not shown) is embedded below the support plate 21 to heat the substrate s to a constant process temperature.

가스분사체(90)는 기판지지대(20)에 안착된 기판(s)을 향해 원료가스, 반응가스, 퍼지가스 등의 공정가스를 분사하기 위한 것으로서, 복수의 분사플레이트(50)를 구비한다. 각 분사플레이트(50)는 대략 원호 형상으로 형성되어 탑리드(19)의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치된다. The gas injection body 90 is for injecting process gases such as source gas, reaction gas, and purge gas toward the substrate s seated on the substrate support 20, and includes a plurality of injection plates 50. Each spray plate 50 is formed in a substantially arc shape and is disposed along the circumferential direction with respect to the center point of the top lead 19.

분사플레이트(50)가 탑리드(19)에 설치되면 분사플레이트(50)와 탑리드(19) 사이에는 가스확산공간(c)이 형성된다. 각 가스확산공간(c)은 탑리드(19)에 형성된 가스주입공(55)과 연통된다. 가스주입공(55)을 통해 각각의 공정가스가 가스확산공간(c)으로 유입된다. 분사플레이트(50)에는 다수의 가스분사공(51)이 형성되어 가스확산공간(c)에서 확산된 공정가스가 기판(s) 전체에 고르게 공급될 수 있도록 한다. When the injection plate 50 is installed on the top lead 19, a gas diffusion space c is formed between the injection plate 50 and the top lead 19. Each gas diffusion space c communicates with a gas injection hole 55 formed in the top lead 19. Each process gas is introduced into the gas diffusion space c through the gas injection hole 55. A plurality of gas injection holes 51 are formed in the injection plate 50 so that the process gas diffused in the gas diffusion space c can be evenly supplied to the entire substrate s.

그리고 탑리드(19)와 분사플레이트(50) 사이에 중간플레이트(60)가 개재되는데, 본 실시예에서는 가스가 가스확산공간(c) 내에서 고르게 확산될 수 있도록 하는 기능을 한다. 즉, 가스주입공(55)을 통해 유입된 공정가스는 가스확산공간(c)에서 완전히 확산된 후 기판(s)으로 공급되어야만이 공정가스가 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 고르게 공급될 수 있다. 이에 중간플레이트(60)를 개재함으로써, 중간플레이트(60)와 탑리드(19) 사이에서 공정가스를 1차적으로 확산시킨 후 중간플레이트(60)에 형성된 분사공(66)을 통해 배출되게 하고, 다시 중간플레이트(60)와 분사플레이트(50) 사이에서 2차적으로 확산시킨 후 기판(s)으로 공급되게 한다. 공정가스는 2번의 확산과정을 통해 가스확산공간(c)에서 완전히 확산됨으로써 기판(s) 전체 영역에 고르게 분사된다. And the intermediate plate 60 is interposed between the top lead 19 and the injection plate 50, in this embodiment serves to allow the gas to be evenly diffused in the gas diffusion space (c). That is, the process gas introduced through the gas injection hole 55 must be completely diffused in the gas diffusion space c and then supplied to the substrate s so that the process gas can be supplied evenly over the entire area of the substrate s. have. By interposing the intermediate plate 60, the process gas is primarily diffused between the intermediate plate 60 and the top lead 19 to be discharged through the injection hole 66 formed in the intermediate plate 60, The second plate is secondly diffused between the intermediate plate 60 and the injection plate 50 and then supplied to the substrate s. The process gas is completely diffused in the gas diffusion space (c) through two diffusion processes, thereby being evenly sprayed on the entire area of the substrate (s).

한편, 도시하지는 않았지만, 다른 실시예에서는 이종의 가스를 공급할 수 있도록 중간플레이트를 사용할 수도 있다. 즉, 중간플레이트를 개재한 후, 본 실시예와 달리, 탑리드와 중간플레이트 사이의 상부공간과 중간플레이트와 분사플레이트 사이의 하부공간을 상호 격리시킨 후, 각 공간으로 이종의 가스를 주입할 수 있 다. 분사플레이트에 형성된 다수의 분사공 중 일부는 상부공간하고만 연통되며, 다른 일부는 하부공간하고만 연통되게 구성되어 이종의 가스를 기판에 공급할 수도 있다. Although not shown, in another embodiment, an intermediate plate may be used to supply heterogeneous gases. That is, after interposing the intermediate plate, unlike the present embodiment, after separating the upper space between the top lead and the intermediate plate and the lower space between the intermediate plate and the injection plate, the different types of gas can be injected into each space. have. Some of the plurality of injection holes formed in the injection plate is in communication with only the upper space, the other part is configured to communicate only with the lower space may supply heterogeneous gas to the substrate.

또한, 가스분사체(90)는 전극(81)을 구비한다. 전극(81)은 가스분사체(90)와 기판지지대(20) 사이에 플라즈마를 형성하기 위한 것으로서, 선택된 분사플레이트(50)에 연결된다. 즉, 전극(81)의 일단은 챔버(10) 외부에 마련된 직류전원 또는 고주파전원과 연결되며 타단은 도체 소재의 분사플레이트(50)에 연결되며, 마찬가지로 도체 소재의 기판지지대(20)는 접지되어 있어, 전원이 인가되면 선택된 분사플레이트(50)와 기판지지대(20) 사이에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마가 형성되면 박막증착이 촉진되어 공정을 증착공정을 효율적으로 수행할 수 있다. In addition, the gas injection body 90 includes an electrode 81. The electrode 81 is used to form a plasma between the gas injector 90 and the substrate support 20, and is connected to the selected injection plate 50. That is, one end of the electrode 81 is connected to a DC power source or a high frequency power source provided outside the chamber 10 and the other end is connected to the injection plate 50 of the conductor material, and similarly, the substrate support 20 of the conductor material is grounded. Therefore, when power is applied, plasma is formed between the selected injection plate 50 and the substrate support 20. When the plasma is formed, the deposition of the thin film may be promoted to efficiently perform the deposition process.

그러나 종래기술에서는 플라즈마의 형성이 필요한 영역, 즉 공정가스나 반응가스가 분사되는 영역에서만 형성되는 것이 아니라, 퍼지가스가 분사되는 영역을 포함하여 기판지지대 상부의 전체 영역에 형성되었다. 이에 퍼지가스가 분사되는 영역 등에서는 오히려 플라즈마에 의한 손상이 발생하거나 파티클 발생에 의한 챔버 오염등의 문제가 발생하였다. However, in the related art, the plasma is formed not only in an area requiring plasma formation, that is, in an area in which process gas or reaction gas is injected, but in an entire area of the upper portion of the substrate support, including an area in which purge gas is injected. Accordingly, in the region where the purge gas is injected, the damage caused by the plasma or the contamination of the chamber due to the particle generation occurs.

이에 본 발명에서는 공정가스나 반응가스가 분사되는 영역 등 사용자의 필요에 의하여 정해진 선택된 영역에서만 플라즈마가 형성될 수 있도록 하였다. Therefore, in the present invention, the plasma can be formed only in the selected region determined by the user's needs, such as the region in which the process gas or the reaction gas is injected.

이를 위하여, 전극(81)이 선택된 분사플레이트(50)에만 연결되도록 하고 다른 분사플레이트 및 탑리드(19)에는 연결되지 않도록 하였으며, 선택된 분사플레이트(50)도 다른 분사플레이트나 탑리드(19)와는 전기적으로 절연되도록 하였다. To this end, the electrode 81 is connected only to the selected spray plate 50 and not connected to the other spray plate and the top lead 19, and the selected spray plate 50 is also different from other spray plates or the top lead 19. To be electrically insulated.

즉, 탑리드(19)를 통해 선택된 분사플레이트(50)와 연결되는 전극(81)은 절연체 소재의 절연부재(82)로 피복하여 탑리드(19), 중간플레이트(60, 세라믹 소재) 등과 절연되도록 하였다. 그리고 도체 소재의 탑리드(19)와 선택된 분사플레이트(50) 사이에는 후술할 절연 소재의 격벽부재(70)를 개재함으로써 전기적으로 절연시켰다. That is, the electrode 81 connected to the injection plate 50 selected through the top lead 19 is covered with an insulating member 82 made of an insulator material to insulate the top lead 19, the intermediate plate 60, and the like. It was made. And between the top lead 19 of the conductive material and the selected injection plate 50 was electrically insulated by interposing a partition member 70 of the insulating material to be described later.

그러나, 상기한 바와 같이 전극(81)과 선택된 분사플레이트(50)를 다른 분사플레이트나 탑리드(19) 등과 절연시켰다고 하여도, 선택된 분사플레이트(50)에 전원이 인가되면, 선택된 분사플레이트(50)와 기판지지대(20) 사이에만 플라즈마가 형성되는 것이 아니랄 기판지지대(20)의 전체 영역에서 플라즈마가 형성되게 된다. However, even when the electrode 81 and the selected spray plate 50 are insulated from other spray plates, top lids 19, etc., when the power is applied to the selected spray plate 50, the selected spray plate 50 is applied. The plasma is not formed only between the substrate support 20 and the substrate support 20, but in the entire region of the substrate support 20.

이에 선택된 분사플레이트(50)를 포함하는 선택영역에서만 플라즈마를 형성하기 위해서는 선택영역과 비선택영역을 상호 분리할 필요가 있다. 여기서, 선택영역이란 공정상의 필요에 의하여 사용자가 선택한 분사플레이트(50, 전극이 연결된 분사플레이트)를 반드시 포함하는 영역으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 오로지 선택된 분사플레이트(50)만을 포함하는 영역이 될 수 있지만, 다른 실시예에서는 선택된 분사플레이트(50)를 포함하여 선택된 분사플레이트(50)의 옆에 배치된 분사플레이트들을 포함할 수 도 있다. 즉, 선택된 분사플레이트(50)를 포함하여 2개 이상의 분사플레이트를 포함하는 영역이 될 수 있다. In order to form the plasma only in the selected region including the selected injection plate 50, it is necessary to separate the selected region from the non-selected region. Here, the selection region is a region that necessarily includes the spraying plate 50 (the spraying plate to which the electrode is connected) selected by the user according to the process necessity, and as shown in FIG. 4, the region including only the spraying plate 50 selected only. In another embodiment, the injection plate 50 may include injection plates disposed beside the selected injection plate 50. That is, it may be an area including two or more spray plates including the selected spray plate 50.

일반적으로 플라즈마의 형성이 필요한 영역은 원료가스 및 반응가스를 분사하는 분사플레이트를 포함하는 영역이 될 것이다. 도 2 내지 도 4에 도시된 원자층 증착장치의 경우, 원료가스와 반응가스를 분사하는 분사플레이트는 서로 마주보 고 정 반대에 배치되어 있는 것이 일반적이며, 이러한 경우 선택된 분사플레이트는 2개 이상일 수 있다. 즉, 선택된 분사플레이트는 반드시 하나일 필요는 없으며, 가스분사체(90) 내의 분사플레이트들 중 복수 개가 될 수 있다. 또한, 복수의 선택된 분사플레이트들은 각각 전극이 연결되므로 상호 인접해 있을 필요도 없다. In general, the region requiring the formation of plasma will be a region including an injection plate for injecting source gas and reaction gas. In the atomic layer deposition apparatus illustrated in FIGS. 2 to 4, the injection plates for injecting the source gas and the reaction gas are generally disposed opposite to each other, and in this case, two or more selected injection plates may be provided. have. That is, the selected injection plates need not necessarily be one, and may be a plurality of injection plates in the gas injection body 90. In addition, the plurality of selected injection plates need not be adjacent to each other since the electrodes are connected to each other.

상기한 바와 같이, 선택영역이 결정되면 격벽부재(70)로 선택영역과 비선택영역을 상호 분리한다. 격벽부재(70)는 절연체 소재로 이루어지는데, 선택영역과 비선택영역 사이에 배치되어 탑리드(19)의 하면으로부터 기판지지대(20)를 향하여 돌출되게 형성됨으로써, 선택영역과 비선택영역을 격리시킨다. As described above, when the selection region is determined, the partition member 70 separates the selection region from the non-selection region. The partition member 70 is formed of an insulator material, and is formed between the selected area and the non-selected area to protrude from the lower surface of the top lead 19 toward the substrate support 20 to isolate the selected and non-selected areas. Let's do it.

여기서 중요한 점은 격벽부재(70)와 기판지지대(20) 사이의 간격(d)이 플라즈마 쉬스(sheath)의 두께보다 작게 형성되어야 한다는 것이다. 즉, 기판지지대(20)와 선택된 분사플레이트(50) 사이에 플라즈마가 형성되면, 기판지지대(20)의 바로 상측에는 플라즈마가 형성되지 않는 쉬스 영역이 생기게 되며, 이 플라즈마 쉬스의 두께는 200~300μm인 것이 일반적이다. 격벽부재(70)와 기판지지대(20) 사이의 간격이 플라즈마 쉬스의 두께보다 작으면, 선택된 분사플레이트(50)와 기판지지대(20) 사이의 선택된 영역에서 발생된 플라즈마가 격벽부재(70)와 기판지지대(20) 사이의 간격을 통해 비선택영역으로 확산될 수 없게 된다. 이에 선택영역에서만 플라즈마를 형성할 수 있고 비선택영역에는 플라즈마의 발생을 억제할 수 있게 된다. The important point here is that the distance d between the partition member 70 and the substrate support 20 should be smaller than the thickness of the plasma sheath. That is, when a plasma is formed between the substrate support 20 and the selected injection plate 50, a sheath region in which no plasma is formed is formed immediately above the substrate support 20, and the thickness of the plasma sheath is 200 to 300 μm. It is common to be If the distance between the partition member 70 and the substrate support 20 is smaller than the thickness of the plasma sheath, the plasma generated in the selected area between the selected spray plate 50 and the substrate support 20 is separated from the partition member 70. The gap between the substrate supports 20 may not be diffused into the non-selected area. As a result, plasma can be formed only in the selected region, and generation of plasma can be suppressed in the non-selected region.

그리고 격벽부재(70)의 상부에는 탑리드(19)와 분사플레이트(50) 사이로 돌출된 삽입부(72)가 마련되며, 이 삽입부(72)에 의하여 탑리드(19)와 선택된 분사플 레이트(50)는 상호 전기적으로 절연될 수 있다. And the upper portion of the partition member 70 is provided with an insertion portion 72 protruding between the top lead 19 and the injection plate 50, the top lead 19 and the selected injection plate by the insertion portion 72 50 may be electrically insulated from each other.

한편, 본 실시예에서는 선택영역에서만 플라즈마가 형성될 수 있도록 선택영역의 양측에 배치된 분사플레이트(50)에서 플라즈마 비활성가스를 분사할 수 있다. 즉, 암모니아와 같은 가스는 플라즈마의 활성을 억제시키는 작용을 하므로, 공정에 있어 문제가 되지 않는 경우, 선택영역의 외부 양측에 배치된 분사플레이트에서 암모니아와 같은 플라즈마 비활성가스를 분사하여 플라즈마가 비선택영역으로 확산되는 것을 추가적으로 방지할 수 있다.On the other hand, in this embodiment, the plasma inert gas may be injected from the injection plates 50 disposed on both sides of the selection region so that the plasma can be formed only in the selection region. That is, since gas such as ammonia acts to suppress the activity of the plasma, if the problem does not matter in the process, plasma inert gas such as ammonia is injected from the spray plates disposed on both sides of the outside of the selection area so that the plasma is not selected. It can further prevent the diffusion into the area.

또한 선택영역의 양측에 배치된 분사플레이트에서는 공정가스를 분사하지 않게 함으로써, 즉 더미(dummy)의 분사플레이트로 활용함으로써 플라즈마가 비선택영역으로 확산되는 것을 억제할 수 있다. In addition, in the injection plates arranged on both sides of the selection area, the plasma is not diffused into the non-selection area by suppressing the process gas injection, that is, utilizing the dummy injection plate.

또한, 선택영역의 양측에 배치된 분사플레이트(예컨대 퍼지가스 분사플레이트)에서는 질소가스와 같은 불활성가스를 분사하면서, 가스의 압력을 선택영역에서 분사되는 가스의 압력보다 높게 하여 플라즈마가 비선택영역으로 확산되는 것을 방지할 수도 있다. In addition, in the injection plates (for example, the purge gas injection plates) disposed on both sides of the selection region, the plasma is moved to the non-selection region by injecting an inert gas such as nitrogen gas while making the pressure of the gas higher than that of the gas injected in the selection region. It can also be prevented from spreading.

상기한 구성으로 이루어진 기판처리장치(100)에서는 원료가스나 반응가스가 분사되는 분사플레이트를 포함하는 선택영역에서만 플라즈마가 형성되므로, 박막증착의 쓰루풋을 그대로 유지하면서도 플라즈마의 형성이 불필요한 영역에서의 플라즈마에 의한 손상이나 파티클 발생 등의 문제가 해결될 수 있다. In the substrate processing apparatus 100 having the above-described configuration, since the plasma is formed only in the selected region including the injection plate on which the source gas or the reaction gas is injected, the plasma in the region where the formation of the plasma is unnecessary while maintaining the throughput of thin film deposition is maintained. Problems such as damage or particle generation can be solved.

한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 기판처리장치(100)에서는 전극이 연결되는 분사플레이트와 다른 분사플레이트가 서로 동일한 높이에 배치되는 것으로 도시하 였으나, 도 5에 도시된 실시예와 같이 분사플레이트의 높이가 상호 다르게 배치될 수도 있다.Meanwhile, in the substrate processing apparatus 100 illustrated in FIGS. 2 to 4, the injection plate and the other injection plate to which the electrodes are connected are disposed at the same height, but the injection plate is the same as the embodiment shown in FIG. 5. May be arranged differently from each other.

즉, 플라즈마가 형성되기 위해서는 일정 높이 이상이 보장되어야 하지만, 플라즈마가 필요없는 영역에서는 분사플레이트와 기판(s)이 상호 근접하게 배치되는 것이 바람직하다. 이에, 도 5에 도시된 실시예에서는 선택된 분사플레이트(50)와 선택되지 않은 분사플레이트 보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 도 5에서 다른 구성요소는 도 2에 도시된 실시예와 완전히 동일하므로 별도의 설명은 생략하기로 한다. That is, although a certain height or more must be ensured in order to form plasma, it is preferable that the injection plate and the substrate s are disposed in close proximity to each other in the region where the plasma is not required. Thus, in the embodiment shown in Figure 5 may be disposed at a position higher than the selected injection plate 50 and the non-selected injection plate. Other components in FIG. 5 are completely the same as the embodiment shown in FIG. 2, and thus a detailed description thereof will be omitted.

지금까지, 챔버의 탑리드는 플레이트 형태인 것으로 설명 및 도시하였으나, 탑리드의 형태는 다양할 수 있다. So far, the top lid of the chamber has been described and illustrated as being in the form of a plate, but the shape of the top lid may vary.

즉, 탑리드는 프레임만 갖추고 있으며, 원호 모양의 탑플레이트가 이 프레임에 각각 끼워지고, 각 탑플레이트의 하측으로 일정 거리 이격되게 분사플레이트가 끼워짐으로써, 탑플레이트와 분사플레이트 사이에 가스확산공간을 형성할 수 있다. 즉, 탑리드에는 원호 모양으로 형성된 복수의 끼움부가 설치되도록 프레임으로 형성되고, 탑플레이트와 분사플레이트가 상하방향으로 이격되어 끼워지는 형태이다. That is, the top lid is provided only with a frame, and an arc-shaped top plate is fitted to each of these frames, and the injection plates are inserted at a predetermined distance below each top plate, thereby providing a gas diffusion space between the top plate and the injection plate. Can be formed. That is, the top lead is formed in a frame such that a plurality of fitting portions formed in an arc shape are installed, and the top plate and the injection plate are spaced apart in the vertical direction.

또한 탑리드 중 다른 부분들은 본 실시예와 같이 플레이트 형태로 형성되고, 선택된 분사플레이트(플라즈마를 형성하는 선택영역으로서 주로 원료가스 분사플레이트임)의 영역만 프레임으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 탑리드에는 원료가스 분사플레이트가 배치되는 영역에는 프레임이 형성되고 이 프레임의 상부에는 탑플레이트가 끼워지고 하부에는 원료가스 분사플레이트가 끼워져 탑플레이트와 원료가 스 분사플레이트 사이에 가스확산공간을 형성할 수 있다. In addition, other parts of the top lead may be formed in a plate shape as in the present embodiment, and only an area of a selected injection plate (selective area for forming plasma, which is mainly a source gas injection plate) may be formed as a frame. In this case, a frame is formed in an area where the source gas injection plate is disposed in the top lead, and a top plate is fitted in the upper part of the frame, and a raw gas injection plate is inserted in the lower part, so that the gas diffusion space is formed between the top plate and the raw material spray plate. Can be formed.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 한다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be defined only by the appended claims.

도 1은 종래의 기판처리장치의 개략적 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional substrate processing apparatus.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 보여주는 개략적 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 기판처리장치의 가스분사체의 개략적 분리사시도이다. 3 is a schematic exploded perspective view of a gas injection body of the substrate processing apparatus shown in FIG. 2.

도 4는 도 3에 도시된 가스분사체가 결합된 상태의 개략적 사시도이다. FIG. 4 is a schematic perspective view of the gas sprayer shown in FIG.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 보여주는 개략적 단면도이다. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 ... 기판처리장치 10 ... 챔버100 ... Substrate Processing Unit 10 ... Chamber

20 ... 기판지지대 50 ... 분사플레이트20 ... substrate support 50 ... spray plate

60 ... 중간플레이트 70 ... 격벽부재60 ... intermediate plate 70 ... bulkhead member

81 ... 전극 90 ... 가스분사체81 ... electrode 90 ... gas spray

s ... 기판s ... PCB

Claims (9)

본체와 상기 본체를 개폐하는 탑리드를 구비하며, 기판에 대한 일정한 처리를 수행하도록 내부에 공간부가 형성되는 챔버;A chamber having a main body and a top lid for opening and closing the main body, the chamber having a space formed therein to perform a predetermined process on the substrate; 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 복수의 기판이 안착되는 기판지지대; 및 A substrate support rotatably installed in the chamber, the substrate support on which the plurality of substrates are seated; And 상기 기판을 향해 공정가스를 분사할 수 있도록 상기 탑리드에 원주 방향을 따라 설치되는 복수의 분사플레이트와, 상기 분사플레이트들 중 선택된 분사플레이트에 전기적으로 연결되어 상기 선택된 분사플레이트와 상기 기판지지대 사이에 플라즈마를 형성시키는 전극과, 상기 선택된 분사플레이트를 포함하는 선택영역에만 상기 플라즈마가 형성되도록 상기 선택영역과 비선택영역 사이에 설치되는 격벽부재를 구비하며, 상기 선택영역 내에 배치된 상기 분사플레이트는 상기 비선택영역 내에 배치된 분사플레이트와 전기적으로 절연되도록 구성된 가스분사체;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판처리장치.A plurality of injection plates installed in the circumferential direction on the top lead to inject a process gas toward the substrate, and electrically connected to a selected injection plate among the injection plates, between the selected injection plate and the substrate support. And a partition member disposed between the selected region and the non-selected region so that the plasma is formed only in the selected region including the selected spray plate, and the spray plate disposed in the selected region includes: And a gas injection body configured to be electrically insulated from the injection plate disposed in the non-selection area. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 격벽부재는 상기 탑리드의 하면으로부터 상기 기판지지대를 향해 하방으로 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. The partition member is formed to protrude downward from the lower surface of the top lead toward the substrate support. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 격벽부재와 기판지지대 사이의 간격은 상기 분사플레이트와 기판지지대 사이에 형성되는 플라즈마 쉬스의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 기판처리장치. And a gap between the partition member and the substrate support is smaller than a thickness of the plasma sheath formed between the spray plate and the substrate support. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전극은 상기 탑리드를 관통하여 상기 분사플레이트에 연결되며, The electrode is connected to the injection plate through the top lead, 상기 탑리드와 전기적으로 절연되도록 상기 전극을 감싸는 절연부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. And an insulating member surrounding the electrode to be electrically insulated from the top lead. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 격벽부재는 전기적 절연체로서, 상기 격벽부재의 상부에는 상기 탑리드와 분사플레이트 사이로 돌출된 삽입부가 형성되어, The partition member is an electrical insulator, and an insertion portion protruding between the top lead and the injection plate is formed on the partition member. 상기 분사플레이트와 탑리드는 전기적으로 상호 절연되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. And the injection plate and the top lead are electrically insulated from each other. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 선택영역의 외부 양측에 배치된 분사플레이트에서는 플라즈마 비활성화 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. And an injection plate disposed on both outer sides of the selection region to inject a plasma deactivation gas. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 선택영역의 외부 양측에 배치된 분사플레이트에서 분사되는 가스의 압력은 상기 선택영역 내부에 배치된 분사플레이트에서 분사되는 가스의 압력보다 높은 것을 특징으로 기판처리장치. And a pressure of the gas injected from the injection plates disposed on both sides of the selection region outside is higher than a pressure of the gas injected from the injection plates disposed inside the selection region. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 선택영역의 외부 양측에 배치된 분사플레이트에서는 공정가스를 분사하지 않는 것을 특징으로 기판처리장치. And the process plates are not sprayed on the spray plates disposed on both outer sides of the selection area. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 선택영역에 배치된 분사플레이트와 상기 기판지지대 사이의 간격과 상기 비선택영역에 배치된 분사플레이트와 상기 기판지지대 사이의 간격과 같거나 큰 것을 특징으로 하는 기판처리장치. And a spacing between the spray plate disposed in the selection region and the substrate support and a spacing between the spray plate disposed in the non-selection region and the substrate support.
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