KR20140038659A - 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 공정 가스를 분사하는 가스 분배 장치로서, 상부판과, 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판과, 상부판과 하부판 사이의 측면에 마련된 측벽판과, 상부판과 하부판 사이에 마련되며 상부판 및 하부판 사이의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하는 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제시한다.

Description

가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치{Gas distribution apparatus and substrate processing apparatus having the same}
본 발명은 가스 분배 장치에 관한 것으로, 특히 가스 분배 장치의 내부 온도를 조절하여 가스 분배 장치 내부에서 공정 가스의 반응을 방지할 수 있는 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자, 유기 소자 및 태양 전지는 복수의 박막을 증착하고 식각하여 원하는 특성의 소자를 제조한다. 이러한 박막의 증착 또는 식각을 진행하기 위해 기판 처리 장치는 약 300℃ 정도의 온도를 유지한다.
예를 들어, 기판 상에 소정의 박막을 형성하기 위해 기판을 고온으로 가열한 후 기판 상에 공정 가스를 분사하는데, 공정 가스는 기판의 열에 의해 분해되어 기판 상에 박막을 형성하게 된다. 이때, 기판의 전면에 공정 가스를 균일하게 분사하기 위해 복수의 분사홀이 형성된 샤워헤드 등의 가스 분배 장치를 기판의 상측에 위치시킨다. 따라서, 챔버 외부의 가스 공급관을 통해 제공되는 공정 가스가 가스 분배 장치를 통해 챔버의 반응 공간으로 균일하게 분사된다.
그러나, 가스 분배 장치가 챔버 내측에 위치함으로써 많은 문제가 발생된다. 그중 하나가 가스 분배 장치의 분사홀의 막힘 현상이다. 즉, 챔버 내측의 공정 온도에 의해 가스 분내 장치 내측의 온도가 상승하고 그에 따라 가스 분배 장치에서 균일하게 확산되는 공정 가스가 열에 의해 반응하게 된다. 공정 가스의 반응에 의해 가스 분배 장치 내부에 파티클이 생성되고, 파티클에 의해 분사홀이 막히게 된다.
따라서, 가스 분사 장치 내측이 챔버 내부의 온도에 영향을 받지 않도록 하는 것이 중요하다.
본 발명은 가스 분사 장치 내부의 온도 상승을 억제하여 공정 가스에 의한 파티클 생성을 억제하고, 그에 따라 분사홀의 막힘을 방지할 수 있는 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 가스 분배 장치 내부에 온도 조절 부재를 마련하여 가스 분배 장치 내부의 온도를 챔버 내부의 온도와 다르게 조절할 수 있는 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 가스 분배 장치는 기판 상에 공정 가스를 분사하는 가스 분배 장치로서, 상부판; 상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판; 상기 상부판과 하부판 사이의 측면에 마련된 측벽판; 및 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며 상기 상부판 및 하부판 사이의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함할 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 판 형상으로 마련되어 복수의 관통홀이 형성되고, 내부에 냉매가 유동할 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 라인 형상으로 마련되고, 내부에 냉매가 유동할 수 있다.
상기 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급관 및 상기 냉매를 배출하기 위한 냉매 매출관이 상기 상부판을 관통하여 상기 온도 조절 부재의 적어도 일 측에 마련될 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 상기 하부판 또는 상부판의 표면에 접촉되어 마련될 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 복수로 분할 및 결합이 가능할 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 적어도 둘로 분할되고, 적어도 하나가 서로 다른 높이에 마련될 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 상기 상부판과 하부판 사이에 70% 내지 80%의 면적으로 마련될 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 내부 또는 표면에 가열 부재가 더 마련될 수 있다.
상기 상부판 및 하부판은 상기 기판의 형상으로 마련될 수 있는데, 상기 상부판 및 하부판은 직사각형 형상으로 마련되고, 상기 측벽판의 모서리 부분에 제 2 분사홀이 국부적으로 더 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내측에 서로 대향되게 마련된 기판 안치부 및 가스 분배 장치; 및 상기 가스 분배부와 연결되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 상기 가스 분배부는 상부판과, 상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판과, 상기 상부판과 하부판 사이의 측면에 마련된 측벽판과, 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며 상기 상부판 및 하부판 사이의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버 상부에 마련된 플라즈마 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 판 형상으로 마련되어 복수의 관통홀이 형성되고, 내부에 냉매가 유동할 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 라인 형상으로 마련되어 내부에 냉매가 유동할 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 내부 또는 표면에 가열 부재가 더 마련될 수 있다.
상기 온도 조절 부재는 적어도 둘로 분할되고, 적어도 하나가 서로 다른 높이에 마련될 수 있다.
상기 가스 공급부는 상기 상부판을 관통하여 상기 상부판과 온도 조절 부재 사이의 공간에 적어도 하나의 공정 가스를 공급하는 적어도 하나의 가스 공급관을 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부는 상기 상부판을 관통하여 상기 상부판과 온도 조절 부재 사이에 적어도 하나의 제 1 공정 가스를 공급하는 적어도 하나의 제 1 가스 공급관과, 상기 상부판 및 온도 조절 부재를 관통하여 상기 온도 조절 부재와 하부판 사이에 적어도 하나의 제 2 공정 가스를 공급하는 적어도 하나의 제 2 가스 공급관을 포함할 수 있다.
상기 온도 조절 부재의 관통홀에 삽입되어 상기 하부판의 분사홀에 연결된 분사 노즐을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 공정 챔버 내에 공정 가스를 분사하는 가스 분배부 내부에 온도 조절 부재를 마련하여 가스 분배부 내부의 온도를 조절한다. 즉, 온도 조절 부재를 이용하여 가스 분배부 내부의 온도를 공정 챔버 내부의 온도보다 낮게 유지할 수 있다.
따라서, 가스 분배부 내부에서 공정 가스의 반응을 방지할 수 있고, 그에 따른 파티클 생성을 억제할 수 있어 분사홀의 막힘을 방지할 수 있다. 또한, 온도 조절 부재를 이용하여 가스 분배부 내부의 온도를 상승시킬 수도 있어 가스 분배부의 온도가 너무 낮아져 공정 가스의 냉각에 의한 파티클 생성을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분배 장치의 분해 사시도 및 결합 단면도.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 가스 분배 장치의 분해 사시도 또는 결합 단면도.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 또다른 실시 예들에 따른 가스 분배 장치의 평면도 및 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 또한, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분배부의 분해 사시도 및 결합 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간을 마련하는 공정 챔버(100)와, 공정 챔버(100) 내부의 하측에 위치하여 기판(10)을 지지하는 기판 지지부(200)와, 공정 챔버(100) 내부에 기판 지지부(200)와 대향되어 상측에 마련되며 공정 가스를 기판(10) 상에 분사하는 가스 분배부(300)와, 가스 분배부(300)에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 내부 공간을 갖는 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)에 착탈 가능하도록 결합되어 반응 공간을 밀봉시키는 챔버 리드(120)를 구비한다. 챔버 몸체(110)는 상부가 개방된 통 형상으로 제작되고, 챔버 리드(120)는 챔버 몸체(110)의 상부를 차폐하는 판 형상으로 제작된다. 챔버 리드(120)의 중앙부에는 가스 공급관(410)이 연결되는 연결 구멍(미도시)이 마련된다. 또한, 도시되지 않았지만, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)의 결합면에는 오링 또는 가스켓과 같은 별도의 밀봉 부재가 마련될 수 있고, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)를 결합 고정시키는 별도의 고정 부재가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 챔버 몸체(110)의 일측에는 기판(10)이 출입하는 출입구가 마련되고, 내부 공간을 배기하는 배기 수단이 접속된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 구조의 공정 챔버(100)가 이용될 수 있는데, 예를 들어 챔버 리드(120)와 챔버 몸체(110)가 단일화된 단일 공정 챔버가 이용될 수 있고, 챔버 리드(120)가 챔버 몸체(110)의 하부에 마련된 공정 챔버 등이 이용될 수도 있다.
기판 지지부(200)는 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(210)와, 기판 지지대(210)를 승강시키는 구동부(220)와, 구동부(220)와 기판 지지대(210) 사이를 연결하는 연결축(230)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 복수의 리프트 핀부를 더 포함할 수 있다. 기판 지지대(210) 상에는 적어도 하나의 기판(10)이 마련된다. 기판(10)은 대략 직사각형의 판 형상으로 마련될 수 있고, 원형으로 마련될 수도 있다. 즉, 직사각형의 판 형상의 기판(10)은 LCD 등의 평판 표시 장치, 태양 전지 등의 제조에 이용되는 유리 기판을 포함할 수 있고, 원형의 기판(10)은 반도체 메모리 또는 발광 소자의 제조에 이용되는 실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼 등을 포함할 수 있다. 한편, 기판(10)이 원형으로 마련되는 경우 복수의 기판(10)이 기판 지지대(210) 상에 예를 들어 방사형으로 배치될 수 있다. 즉, 기판 지지대(210)의 중앙부를 중심으로 복수의 기판(10)이 원형으로 소정 간격을 유지하며 배치될 수 있다. 본 실시 예에서는 기판(10)이 직사각형의 형상을 갖고, 그에 따라 가스 분배부(300)가 직사각형의 형상을 갖는 경우를 설명한다. 한편, 기판 지지대(210)는 기판(10)의 형상으로 제작될 수 있는데, 기판(10)의 형상에 따라 원형 또는 대략 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 물론, 기판 지지대(210)는 기판(10)의 형상과 일치하지 않는 형상을 가질 수도 있다. 기판 지지대(210)는 그 내부에 기판(10)을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단을 구비할 수 있다. 이에 따라 기판(10)을 공정 온도로 가열할 수 있다. 즉, 온도 조절 수단을 이용하여 기판 지지대(210)를 가열함으로써 기판(10)을 소정 온도로 가열하고, 가열된 기판(10) 상에 소정 박막을 형성할 수 있다. 이때, 온도 조절 수단은 기판 지지대(210)의 내부 또는 표면에 마련될 수도 있고, 별도의 가열 수단이 기판 지지대(210) 하측에 위치할 수도 있다. 한편, 기판 지지대(210)는 구동부(220)에 의해 상승 및 하강하고, 회전할 수 있다. 이를 통해 기판(10)의 공정 위치를 설정할 수 있고, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 수행할 수도 있으며, 복수의 기판(10)에 공정 가스를 순차적으로 균일하게 공급할 수 있다. 이때, 구동부(220)로 모터를 구비하는 스테이지를 사용할 수 있다. 그리고, 구동부(220)는 공정 챔버(100)의 외측에 마련되는 것이 효과적인데, 이를 통해 구동부(220)의 움직임에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다. 여기서, 연결축(230)에 의해 구동부(220)의 구동력(상승 및 하강력 그리고 회전력)이 기판 지지대(210)에 전달된다. 연결축(230)은 공정 챔버(100)의 바닥면을 관통하여 기판 지지대(210)에 접속된다. 이때, 연결축(230)이 관통하는 공정 챔버(100)의 관통홀 영역에는 공정 챔버(100)의 밀봉을 위한 밀봉 수단(240)이 마련될 수 있다.
가스 분배부(300)는 공정 챔버(100) 내의 상부에 기판 안치판(210)과 대향하는 위치에 마련되며, 공정 가스를 공정 챔버(100)의 하측으로 분사한다. 가스 분배부(300)는 기판(10) 또는 기판 지지대(210)의 형상에 따라 예를 들어 원형 또는 직사각형 형상으로 제작될 수 있으며, 내부에 소정의 공간이 마련되도록 제작된다. 즉, 가스 분배부(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 예를 들어 대략 직사각형의 상부판(310)과 하부판(320)이 소정의 간격으로 이격되고 이들 사이의 공간을 밀폐하도록 측벽판(330)이 형성된 구조로 제작된다. 또한, 상부판(310)과 하부판(320) 사이의 내부 공간에 온도 조절 부재(340)가 더 마련된다.
이러한 가스 분배부(300)는 상부판(310)이 챔버 리드(120)와 접촉되어 결합되고, 상부판(310)의 예를 들어 중앙부를 포함한 적어도 어느 한 부분에 제 1 연결홀(312)이 마련되고, 제 1 연결홀(312)와 이격되어 각각 적어도 하나의 제 2 및 제 3 연결홀(314, 316)이 형성될 수 있다. 제 1 연결홀(312)은 가스 공급부(400)의 가스 공급관(410)과 연결되고, 제 2 및 제 3 연결홀(314, 316)은 온도 조절 부재(340)에 냉매를 공급 및 배출하기 위한 냉매 공급관(342) 및 냉매 배출관(344)이 연결된다. 여기서, 가스 공급관(410)은 챔버 리드(120)를 관통하여 가스 분배부(300)의 상부판(310)과 연결되고, 제 1 가스 공급관(412)과 제 2 가스 공급관(414)이 소정 간격 이격되어 연결될 수 있다.
그리고, 하부판(320)에는 기판(10)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(322)이 형성된다. 복수의 분사홀(322)은 다양한 패턴으로 형성될 수 있는데, 기판(10) 상에 공정 가스가 균일하게 분사될 수 있는 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 복수의 분사홀(322)은 다양한 크기로 형성될 수 있는데, 하부판(320)의 중앙부는 홀의 크기를 줄이고 외곽으로 갈수록 홀의 크기를 증가시킬 수 있다. 이는 가스 공급관(410)과 대응되는 하부판(320)의 중앙부가 더 많은 공정 가스를 분사할 수 있기 때문에 중앙부로부터 분사되는 공정 가스를 줄이고 외곽으로 갈수록 공정 가스의 분사량을 증가시켜 기판(10)의 전 영역에 균일한 양으로 공정 가스를 공급하기 위함이다. 뿐만 아니라, 복수의 분사홀(322)을 동일한 크기로 형성할 수 있는데, 이 경우 중앙부에는 분사홀(322)의 간격을 늘리고 외곽으로 갈수록 분사홀(322) 사이의 간격을 줄일 수 있다.
또한, 온도 조절 부재(340)는 상부판(310)과 하부판(320) 사이의 가스 분배부(300) 내부에 마련된다. 온도 조절 부재(340)는 내부에 소정의 공간이 마련된 소정의 판 형상으로 마련될 수 있으며, 예를 들어 직사각형, 원형 등 상부판 및 하부판(310, 320)와 동일 형상을 가질 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(340)는 측면이 측벽판(330)의 내측면과 맞닿게 설치되어 가스 분배부(300)의 내부 공간을 상하로 분할할 수 있다. 이러한 온도 조절 부재(340)는 내부 공간에 냉각수 등의 냉매가 유동할 수 있다. 즉, 온도 조절 부재(340)의 내부에 냉매가 유동하는 냉매 유로(348)가 형성될 수 있고, 별도의 냉매 유로가 형성되지 않고 내부 전체에 냉매가 유돌할 수 있다. 냉매 유로(348)가 형성되는 경우 온도 조절 부재(340)의 상부판 및 하부판 사이에 격벽이 형성되고 격벽에 의해 소정 형상의 냉매 유로(348)가 형성될 수 있다. 이러한 온도 조절 부재(340)는 각각 적어도 하나의 냉매 공급관(342) 및 냉매 배출관(344)이 상부를 관통하여 연결될 수 있다. 즉, 냉매 공급관(342) 및 냉매 배출관(344)은 챔버 리드(120), 가스 분배부(300)의 상부판(320), 그리고 온도 조절 부재(340)의 상부를 관통하여 온도 조절 부재(340)의 내부 공간과 연결될 수 있다. 이때, 냉매 공급관(342)로부터 공급된 냉매가 온도 조절 부재(340) 내부를 순환하여 냉매 배출관(344)로 배출되도록 냉매 공급관(342)과 냉매 배출관(344)은 되도록 멀리 이격되는 것이 바람직하다. 물론, 냉매 공급관(342) 및 냉매 배출관(344)은 다양한 방식으로 온도 조절 부재(340)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배부(300)의 측벽판(330)을 통해 온도 조절 부재(340) 내부로 냉매가 공급되고 배출될 수 있다. 이를 위해 온도 조절 부재(340)의 측면에 냉매 공급구(미도시) 및 냉매 배출구(미도시)가 적어도 하나 각각 형성되고, 이와 동시에 가스 분배부(300)의 측벽판(330)에도 온도 조절 부재(340)의 냉매 공급구 및 냉매 배출구와 각각 연결되는 냉매 공급구 및 냉매 배출구가 각각 적어도 하나 형성되어 냉매 공급관(342) 및 냉매 배출관(344)이 측벽판(330)의 냉매 공급구 및 냉매 배출구와 연결될 수도 있다. 또한, 온도 조절 부재(340)는 복수의 관통홀(346)이 형성된다. 즉, 가스 공급관(410)을 통해 가스 분배부(300)의 상부판(310)과 온도 조절 부재(340) 사이의 공간으로 공급된 공정 가스를 하부판(320)의 분사홀(322)를 통해 기판(10) 상으로 분사될 수 있도록 온도 조절 부재(340)에는 상하 관통하는 복수의 관통홀(346)이 형성된다. 이때, 관통홀(346)의 형상은 분사홀(322)의 형상과 동일할 수 있다. 즉, 중앙부로 가장자리로 갈수록 관통홀(346)의 크기가 커질 수 있고, 관통홀(346)의 밀도가 조밀해질 수 있다. 그러나, 관통홀(346)의 형상은 분사홀(322)의 형상과 다르게 모든 영역에서 동일 크기 및 동일 밀도로 형성될 수도 있다. 한편, 온도 조절 부재(340)는 상부판(310) 및 하부판(320) 사이의 중앙 영역에 위치할 수 있으나, 어느 한쪽으로 치우쳐 위치할 수도 있는데, 예를 들어 공정 챔버(100) 내부의 온도에 영향을 더 받을 수 있는 하부판(320)측으로 치우쳐 위치할 수도 있다. 이러한 온도 조절 부재(340)는 가스 분배부(300) 내부의 온도를 공정 가스의 반응 온도 이하의 온도, 즉 공정 챔버(100) 내부의 온도보다 낮게 유지하도록 한다. 따라서, 가스 분배부(300) 내부에서 공정 가스가 반응하지 않아 파티클이 생성되지 않고, 그에 따라 분사홀(312)의 막힘 현상을 방지할 수 있다. 한편, 온도 조절 부재(340)는 가스 분배부(300) 내부의 냉각 뿐만 아니라 가스 분배부(300) 내부를 가열할 수도 있다. 즉, 온도 조절 부재(340)의 냉매에 의해 가스 분배부(300) 내부의 온도가 너무 낮아져 오히려 공정 가스의 냉각에 의한 파티클이 생성될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 온도 조절 부재(340)에 열선 등의 가열 수단(미도시)이 마련될 수 있다. 가열 수단이 마련되는 경우 냉매 유로와 다른 경로, 예를 들어 냉매 유로 사이에 열선이 형성될 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(340)는 복수로 분할 제작되어 결합 및 분할이 가능할 수 있다.
가스 공급부(400)는 공정 가스를 가스 분배부(300)에 공급하는 가스 공급관(410)과, 공정 가스를 저장하는 가스 공급원(420)을 포함한다. 가스 공급부(400)는 예를 들어 기판(10) 상에 소정 박막의 증착 가스, 식각 가스 등이 공급될 수 있다. 즉, 가스 공급부(400)를 통해 다양한 가스를 공급함으로써 공정 챔버(100) 내에서 박막 증착, 식각 등 다양한 공정을 진행할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급원(420)은 SiH4 등의 소오스 가스, O2, O3 등의 반응 가스, Ar, N2 등의 퍼지 가스를 각각 공급할 수 있다. 여기서, 가스 공급원(420)은 복수의 공정 가스를 각각 공급하기 위해 복수로 마련될 수 있고, 가스 공급관(410)도 가스 공급원(420)의 수에 대응되는 수로 마련될 수 있다. 한편, 가스 공급원(420)으로부터 공급되는 공정 가스의 유량 및 공급을 제어하기 위해 가스 공급원(420)과 가스 공급관(410) 사이에 유량 제어기(미도시)가 마련될 수 있으며, 밸브 및 질량 흐름 제어기 등을 포함할 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 공정 챔버(100) 내부에 공정 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부가 더 마련될 수 있다. 플라즈마 발생부는 공정 챔버(100)의 상부, 즉 챔버 리드(120)의 상부에 마련되어 공정 챔버(100) 내부로 공급된 공정 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도한다. 플라즈마 발생부는 공정 챔버(100)의 상부에 인접하여 설치되는 안테나(미도시)를 포함할 수 있다. 안테나은 다수의 턴으로 감긴 나선형으로 마련되거나, 동심원 형태로 배치되어 서로 연결된 다수의 원형 코일을 포함할 수도 있다. 그러나, 안테나는 나선형 코일 또는 동심원상의 원형 코일뿐만 아니라 여러 가지 다른 형태를 가진 코일로 이루어질 수도 있고, 상부 안테나 및 하부 안테나의 복층 구조로 이루어질 수도 있다. 안테나가 복층 구조로 이루어질 경우 상부 안테나는 하부 안테나에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 낮은 부위, 예컨대 기판(10)의 가장자리 부위에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 상부 안테나에 의해 기판 가장자리 부위의 플라즈마 밀도가 높아지게 되어 기판(10)의 반경 방향 전체에 걸쳐 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 확보할 수 있게 된다. 한편, 안테나은 구리 등의 도전성 재료로 제작되며, 내부가 빈 관 형상으로 제작될 수 있다. 안테나가 관 형상으로 제작되는 경우 냉각수 또는 냉매가 흐를 수 있기 때문에 안테나의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 안테나는 일 단부가 RF 전원과 연결되고, 타 단부는 접지 단자와 연결된다. 따라서, 안테나은 RF 전원으로부터 공급받은 RF 전원에 따라 공정 챔버(100) 내부에서 플라즈마를 발생시키게 된다. 한편, 안테나가 하부 안테나와 상부 안테나의 복층 구조로 이루어질 경우 하부 안테나와 상부 안테나는 하나의 RF 전원에 연결될 수 있고, 각각 다른 RF 전원에 연결될 수도 있다. 특히, 하부 안테나와 상부 안테나를 하나의 RF 전원에 함께 연결하는 경우 두 안테나는 RF 전원에 병렬로 연결되는 것이 자체 인덕턴스가 감소하게 되므로 바람직하다. 즉, 두 안테나를 병렬로 연결하게 되면 인덕턴스가 낮아지게 되므로 플라즈마 방사 효율이 높아지게 되는 장점이 있다. 또한, RF 전원과 안테나 사이에 정합 회로가 마련될 수 있다. 따라서, 플라즈마 발생부는 안테나에 RF 전류가 흐르게 되어 자기장이 발생되고, 이 자기장 내의 자속의 시간에 따른 변화에 의해 공정 챔버(100) 내부에는 전기장이 유도된다. 유도 전기장은 가스 공급부(400)를 통해 공정 챔버(100) 내부로 유입된 공정 가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(100)에 공정 가스를 분사하는 가스 분배부(300) 내부에 온도 조절 부재(340)를 마련하여 가스 분배부(300) 내부의 온도를 조절한다. 즉, 온도 조절 부재(340)를 이용하여 가스 분배부(300) 내부의 온도를 공정 챔버(100) 내부의 온도보다 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 가스 분배부(300) 내부에서 공정 가스의 반응을 방지할 수 있고, 그에 따른 파티클 생성을 억제할 수 있는 분사홀(322)의 막힘을 방지할 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(340)를 이용하여 가스 분배부(300) 내부의 온도를 상승시킬 수 있어 가스 분배부(300)의 온도가 너무 낮아져 공정 가스의 냉각에 의한 파티클 생성을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 가스 분배부(300)는 온도 조절 부재(340)가 판 형상 뿐만 아니라 도 4에 도시된 바와 같이 라인 형상으로 제작될 수도 있다. 라인 형상의 온도 조절 부재(340)는 상부판(310)과 하부판(320) 사이의 공간에 평행하게 마련될 수도 있고, 수직하게 마련될 수도 있으며, 평행 및 수직을 조합하여 마련될 수도 있다. 라인 형상의 온도 조절 부재(340)가 평행하게 마련되는 경우 서로 마주보는 두 측벽판(330) 사이에 굴곡지게 연장 형성될 수 있다. 라인 형상의 온도 조절 부재(340)가 수직하게 마련되는 경우 상부판(310)과 하부판(320) 사이에 굴곡지게 형성될 수 있다.
그리고, 온도 조절 부재(340)는 도 5에 도시된 바와 같이 가스 분배부(300) 내부의 일부 영역에 마련될 수도 있다. 즉, 공정 챔버(100)의 온도에 의해 많은 영향을 받는 가스 분배부(300) 내부의 중앙 영역을 포함하여 70%∼80%의 면적으로 온도 조절 부재(340)가 마련될 수 있다. 물론, 라인 형상의 온도 조절 부재(340)가 마련되는 경우에도 중앙 영역에 조밀하도록 온도 조절 부재(340)가 마련될 수 있다. 한편, 상기한 실시 예들은 온도 조절 부재(340)가 상부판(310)과 하부판(320) 사이의 중앙부에 마련되는 경우를 예시하였으나, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 온도 조절 부재(340)가 하부판(320) 또는 상부판(310)의 내표면에 접촉되거나 이격되어 마련될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 온도 조절 부재(340)는 적어도 둘 이상으로 분할되어 구성될 수도 있다. 예를 들어, 온도 조절 부재(340)는 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 가스 분배부(300)의 중앙부에 형성된 제 1 연결홀(312)를 중심으로 둘로 분할될 수도 있고, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 셋 이상으로 분할될 수도 있다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 온도 조절 부재(340a, 340b)는 제 1 연결홀(312)의 간격과 동일 간격을 유지할 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 가스 분배부(300)의 중앙부를 중심으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 온도 조절 부재(340a, 340b)는 동일 높이에 마련될 수도 있고, 서로 다른 높이로 마련될 수도 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 온도 조절 부재(340a, 340b)는 상부판(310)에 접촉되거나 소정 간격 이격되어 동일 높이에 마련될 수도 있고, 도 11에 도시된 바와 같이 제 1 온도 조절 부재(340a)는 상부판(310)에 접촉되어 마련되고 제 2 온도 조절 부재(340b)는 상부판(310)과 소정 간격 이격되어 서로 다른 높이에 마련될 수도 있다. 한편, 온도 조절 부재(340)가 셋 이상으로 분할될 경우에도 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 제 1, 제 2 및 제 3 온도 조절 부재(340a, 340b, 340c)는 적어도 어느 하나가 서로 다른 높이에 마련될 수 있다. 여기서, 온도 조절 부재(340)가 복수로 분할되는 경우 각 온도 조절 부재(340)에는 냉매 유입관(342) 및 냉매 배출관(344)가 별도로 마련된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분배부(300)는 측면에 제 2 분사홀(미도시)이 형성될 수 있다. 이러한 제 2 분사홀은 대략 직사각형 형태의 기판(10)에 공정 가스를 분사하는 대략 직사각형 형태의 가스 분배부(300)에 적용될 수 있다. 즉, 분사홀(312)만으로는 기판(10)의 전 영역에 균일한 가스 공급에 한계가 있고, 특히 직사각형 기판(10)의 모서리 부분에는 다른 영역보다 적은 양의 공정 가스가 공급된다. 따라서, 기판(10)의 모서리 부분에 공정 가스의 분사량을 증가시키기 위해 가스 분배부(300)는 측벽판(330)의 소정 영역에 복수의 제 2 분사홀(332)이 마련된다. 예를 들어, 제 2 분사홀은 사각 형상의 가스 분배부(300)의 모서리 부분에 인접한 두 측벽판(330)에 마련된다. 즉, 제 2 분사홀은 네개의 모서리에 각각 인접한 측벽판(330)에 서로 대칭되는 영역에 마련될 수 있다. 이렇게 제 2 분사홀이 마련됨으로써 공정 가스가 기판(10)의 모서리 부분에 더 많이 분사되도록 한다. 이때, 제 2 분사홀은 측벽판(330)의 상부로부터 하부로 복수 형성되는데, 복수의 제 2 분사홀은 동일한 직경으로 형성될 수 있고, 상부에서 하부로 갈수록 직경이 다르게 형성될 수도 있으며, 모서리 부분에서 측면으로 갈수록 직경이 다르게 형성될 수 있다. 또한, 제 2 분사홀는 하부판(320)과 온도 조절 부재(340) 사이의 공간에 대응되는 영역에 형성될 수 있으며, 상부판(310)과 온도 조절 부재(340) 사이의 공간에 대응되는 영역에 형성될 수 있고, 두 영역 모두에 형성될 수도 있다. 이렇게 제 2 분사홀이 형성됨으로써 기판(10) 모서리 부분의 공정 가스의 공급량을 증가시킬 수 있고, 그에 따라 기판(10) 모서리 부분의 막질 저하를 방지할 수 있어 기판(10)의 전체 영역에 일정한 막질의 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 공정 챔버 200 : 기판 안치부
300 : 가스 분배부 400 : 가스 공급부
310 : 상부판 320 : 하부판
330 : 측벽판 340 : 온도 조절 부재

Claims (20)

  1. 기판 상에 공정 가스를 분사하는 가스 분배 장치로서,
    상부판;
    상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판;
    상기 상부판과 하부판 사이의 측면에 마련된 측벽판; 및
    상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며 상기 상부판 및 하부판 사이의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하는 가스 분배 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 판 형상으로 마련되어 복수의 관통홀이 형성되고, 내부에 냉매가 유동하는 가스 분배 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 라인 형상으로 마련되고, 내부에 냉매가 유동하는 가스 분배 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급관 및 상기 냉매를 배출하기 위한 냉매 매출관이 상기 상부판을 관통하여 상기 온도 조절 부재의 적어도 일 측에 마련된 가스 분배 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 하부판 또는 상부판의 표면에 접촉되거나 이격되어 마련되는 가스 분배 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 복수로 분할 및 결합 가능한 가스 분배 장치.
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 적어도 둘로 분할되고, 적어도 하나가 서로 다른 높이에 마련되는 가스 분배 장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 상부판과 하부판 사이에 70% 내지 80%의 면적으로 마련되는 가스 분배 장치.
  9. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 내부 또는 표면에 가열 부재가 더 마련된 가스 분배 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 상부판 및 하부판은 상기 기판의 형상으로 마련되는 가스 분배 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 상부판 및 하부판은 직사각형 형상으로 마련되고, 상기 측벽판의 모서리 부분에 제 2 분사홀이 국부적으로 더 형성된 가스 분배 장치.
  12. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 내측에 서로 대향되게 마련된 기판 안치부 및 가스 분배 장치; 및
    상기 가스 분배부와 연결되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고,
    상기 가스 분배부는 상부판과,
    상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판과,
    상기 상부판과 하부판 사이의 측면에 마련된 측벽판과,
    상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며 상기 상부판 및 하부판 사이의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 공정 챔버 상부에 마련된 플라즈마 발생부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 판 형상으로 마련되어 복수의 관통홀이 형성되고, 내부에 냉매가 유동하는 기판 처리 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 라인 형상으로 마련되어 내부에 냉매가 유동하는 기판 처리 장치.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 내부 또는 표면에 가열 부재가 더 마련된 기판 처리 장치.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 적어도 둘로 분할되고, 적어도 하나가 서로 다른 높이에 마련되는 기판 처리 장치.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 가스 공급부는 상기 상부판을 관통하여 상기 상부판과 온도 조절 부재 사이의 공간에 적어도 하나의 공정 가스를 공급하는 적어도 하나의 가스 공급관을 포함하는 기판 처리 장치.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 가스 공급부는 상기 상부판을 관통하여 상기 상부판과 온도 조절 부재 사이에 적어도 하나의 제 1 공정 가스를 공급하는 적어도 하나의 제 1 가스 공급관과, 상기 상부판 및 온도 조절 부재를 관통하여 상기 온도 조절 부재와 하부판 사이에 적어도 하나의 제 2 공정 가스를 공급하는 적어도 하나의 제 2 가스 공급관을 포함하는 기판 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재의 관통홀에 삽입되어 상기 하부판의 분사홀에 연결된 분사 노즐을 더 포함하는 기판 처리 장치.
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