KR20140039535A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20140039535A
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 공정 챔버와 공정 챔버 내에 마련되어 복수의 기판을 지지하는 기판 지지부와, 기판 지지부와 대향 마련되고 복수의 기판의 배치 형상을 따라 마련된 전극을 포함하는 기판 처리 장치가 제시된다.

Description

기판 처리 장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 표시 장치, 발광 다이오드 또는 박막 태양 전지 등을 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출시키는 포토 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각 공정 등을 거치게 된다.
일반적으로 기판 상에 박막을 증착시키기 위하여 화학 기상 증착(Chemical Vapor Phase Deposition: CVD) 공정을 이용한다. CVD는 반응 챔버 내로 공급된 원료 가스가 기판의 상부 표면에서 화학 반응을 일으켜 박막을 성장시킨다. 또한, 원자층 증착(Atomic Layer Depositon; ALD)으로 박막을 증착할 수 있는데, ALD는 기판 상에 소오스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 순차적으로 공급하는 것을 반복한다.
이러한 CVD 및 ALD는 박막의 막질이 뛰어나지만, 박막의 성장 속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 복수의 기판을 하나의 챔버에 공급하여 복수의 기판 상에 동일 박막을 동시에 성장하는 방법이 이용된다.
또한, 박막의 막질을 향상시키기 위해 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 수 있다. 플라즈마를 발생하기 위한 방식의 하나로 무선 주파수(radio frequency; RF)를 이용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma; CCP) 방식이 있다. CCP 방식은 평판 형태의 전극에 RF 전력을 인가하여 전극 사이의 전위차에 의해 형성된 수직 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다.
따라서, 복수의 기판을 반응 챔버 내에 마련하고 플라즈마를 발생시켜 CVD 방식 또는 ALD 방식으로 박막을 증착할 수 있다. 이때, 복수의 기판은 기판 지지대의 중앙을 제외한 영역에 방사형으로 배치된다. 그러나, 평판 형태의 전극을 이용하는 CCP 방식으로 플라즈마를 발생시키게 되면 기판이 마련되지 않은 기판 지지대의 중앙부에 플라즈마 밀도가 집중된다. 그에 따라, 방사형의 배치된 복수의 기판도 기판 지지대의 중앙부에 인접한 영역의 플라즈마 밀도가 집중된다. 따라서, 기판 지지대의 중앙측에 인접한 부분에 박막이 두껍게 증착되고 기판 지지대의 외측으로 갈수록 박막이 얇게 증착된다. 결국, 기판의 영역별로 다른 두께로 박막이 증착되어 박막의 증착 균일도가 떨어지고, 그에 따라 기판 상에 형성되는 복수의 소자가 동작 특성이 다르게 되어 소자의 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 복수의 기판 상의 모든 영역에서 증착 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 방사형으로 배치된 복수의 기판 상의 모든 영역에서의 플라즈마의 균일성을 향상시켜 증착 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 방사형으로 배치된 복수의 기판이 마련되지 않은 기판 지지대의 중앙부에는 플라즈마가 발생되지 않도록 하고, 복수의 기판의 전체 영역에 균일한 밀도로 플라즈마가 발생되는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 마련되어 복수의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부와 대향 마련되고 상기 복수의 기판의 배치 형상을 따라 마련된 전극을 포함한다.
상기 기판 지지부와 대향 마련되고 공정 가스를 분배하는 가스 분배부를 더 포함한다.
상기 가스 분배부는 적어도 하나의 가스 분사기를 포함한다.
상기 가스 분사기 및 상기 기판 지지대의 적어도 어느 하나가 회전한다.
상기 가스 분배부는 상기 공정 챔버의 중앙부에서 제 1 공정 가스를 분배하는 제 1 가스 분배부; 및 상기 공정 챔버의 외측에서 제 2 공정 가스를 분배하는 제 2 가스 분배부를 포함한다.
상기 복수의 기판은 상기 기판 지지대의 중앙부를 제외하고 인접하는 상기 기판이 등간격을 유지하도록 배치된다.
상기 전극은 상기 기판 지지대의 중앙부에 대응되는 영역이 제거된 형상으로 마련된다.
상기 전극은 상기 복수의 기판과 중첩되도록 마련된다.
상기 전극은 폭이 상기 기판의 직경과 같거나 크게 마련된다.
상기 전극에는 전원 라인을 통해 고주파 전원이 인가되고, 상기 전원 라인과 상기 전극의 접점은 상기 기판의 중앙부에 대응되는 영역에 마련된다.
상기 전극과 상기 전원 라인의 접점은 적어도 둘 이상의 등간격으로 배치된다.
상기 전극은 상기 제 2 가스 분배부 상에 마련된다.
상기 공정 챔버는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체와 체결되는 챔버 리드를 포함하고, 상기 챔버 리드는 상기 가스 분배부가 관통되는 제 1 관통 구멍과, 상기 전극에 연결되는 상기 전원 라인이 관통되는 적어도 하나의 제 2 관통 구멍이 형성된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치는 기판 지지대 상에 방사형으로 배치된 복수의 기판과 중첩되도록 내부가 빈 소정 폭의 링 형상으로 전극이 형성된다.
따라서, 복수의 기판의 전체 영역에서 증착 균일성을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 기판 상에 형성되는 복수의 소자가 동일한 동작 특성을 갖게 되어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 평판 형상의 종래의 전극을 이용하는 경우 기판이 배치되지 않은 기판 지지대의 중앙부에 플라즈마 밀도가 집중되지만, 본 발명의 경우 기판이 배치되지 않은 기판 지지대의 중앙부는 플라즈마 밀도가 낮고 기판의 전체 영역에서 플라즈마 밀도가 균일하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지대 상에 안치된 복수의 기판과 전극의 중첩된 상태의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극과 챔버 리드의 중첩된 상태의 평면도.
도 5는 종래와 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 밀도를 비교한 개략도.
도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 전극의 평면도 및 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 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 발명에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지대 상에 안치된 복수의 기판과 전극의 중첩된 상태의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극과 챔버 리드의 중첩된 상태의 평면도이다. 그리고, 도 5는 종래의 전극과 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극의 플라즈마 밀도를 비교하기 위한 개략도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간을 마련하는 공정 챔버(100)와, 공정 챔버(100)의 내부의 하측에 위치하여 기판(10)을 지지하는 기판 지지부(200)와, 공정 챔버(100) 내에 기판 지지부(200)와 대향되어 상측에 마련되며 공정 가스를 기판(10) 상에 분사하는 가스 분배부(300)와, 공정 챔버(100) 내에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)와, 공정 챔버(100) 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부(500)를 포함한다. 여기서, 플라즈마 발생부(500)는 공정 챔버(100) 내부에 마련된 전극(510)과, 고주파 전원을 생성하는 RF 전원(520)과, RF 전원(520)의 고주파 전원을 전극(510)에 공급하는 전원 라인(530)과, 전원 라인(530)의 소정 영역에 마련된 정합 회로(540)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 대략 원형의 내부 공간을 갖는 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)에 착탈 가능하도록 결합되는 챔버 리드(120)를 구비한다. 챔버 몸체(110)는 상부가 개방된 통 형상으로 제작된다. 챔버 몸체(110)의 일 측면에는 기판(10)이 출입하는 출입구(미도시)가 마련되고, 일 측면 또는 하면에는 내부 공간을 배기하는 배기 수단(미도시)과 접속되는 배기 구멍(111)이 마련된다. 여기서, 챔버 몸체(110)는 금속 등의 도전성 재질로 제작되어 접지 단자에 연결될 수 있다. 또한, 챔버 리드(120)는 챔버 몸체(110)의 상부를 덮는 판 형상으로 제작되거나 소정 공간이 마련되도록 하부가 개방된 통 형상으로 제작될 수 있다. 본 실시 예에서 챔버 리드(120)는 하부가 개방된 통 형상으로 제작되어 챔버 리드(120) 내에도 소정의 공간이 마련되는 경우를 도시하고 설명한다. 또한, 챔버 리드(120)에는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 관통 구멍(121, 122)이 마련된다. 예를 들어, 챔버 리드(120)의 중앙부에는 가스 분배부(300)와 연결되는 제 1 관통 구멍(121)이 마련되고, 제 1 관통 구멍(121)과 이격되어 플라즈마 발생부(500)의 전원 라인(530)이 관통하는 적어도 하나의 제 2 관통 구멍(122)이 마련된다. 또한, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)의 측면 두께는 서로 동일할 수 있으나, 챔버 몸체(110)의 측면 두께가 챔버 리드(120)의 측면 두께보다 두꺼울 수 있다. 챔버 몸체(110)의 측면 두께가 챔버 리드(120)의 측면 두께보다 두꺼울 경우 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)가 외면이 일치하도록 체결하여 내측에 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120) 사이에 단턱이 마련될 수 있다. 단턱에는 이후 설명된 제 2 절연체(620)가 적어도 일부 안착될 수 있다. 여기서, 챔버 리드(120)는 챔버 몸체(110)와 동일 재질, 즉 도전성 재질로 제작될 수 있으나, 챔버 몸체(110)와는 다른 재질, 즉 세라믹 등의 절연성 재질로 제작될 수 있다. 챔버 리드(120)가 도전성 재질로 제작되는 경우 RF 전원(520)이 공급되는 전원 라인(530)과 절연되도록 한다. 이를 위해 제 2 관통 구멍(122)의 내측에 절연 물질이 도포될 수 있다. 한편, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)의 결합면에는 오링 또는 가스켓과 같은 별도의 밀봉 부재(112)가 마련될 수 있고, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)를 결합 고정시키는 별도의 고정 부재(미도시)가 더 구비될 수도 있다. 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 챔버와, 챔버 리드(120)가 챔버 몸체(110)의 하부에 마련된 공정 챔버 등이 이용될 수 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 복수의 기판(10)이 마련된다. 복수의 기판(10)은 예를 들어 방사형으로 배치될 수 있다. 즉, 기판 지지대(210)의 중앙부를 중심으로 복수의 기판(10)이 원형으로 소정 간격을 유지하며 배치될 수 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 지지대(210)와 대향하는 위치에 마련되며, 반응 가스를 공정 챔버(100)의 하측으로 분사한다. 가스 분배부(300)는 공정 챔버(100)의 상부에 배치되어 공정 가스를 분사하는 가스 분사기(310)와, 가스 분사기(310)에 공정 가스를 공급하고 가스 분사기(310)를 회전시키는 구동축(320)과, 구동축(320)을 회전 가능하게 지지하는 하우징(330)과, 구동축(320)과 하우징(330) 사이에 마련되어 이들 사이를 밀봉하는 실링 부재(340)을 포함한다. 가스 분사기(310)는 복수로 구성되어 서로 다른 공정 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 가스 분사기(310)는 4개의 가스 분사기가 "+"자 형태로 구동축(320)을 중심으로 수평으로 배치될 수 있다. 이때, 4개의 가스 분사기(310)은 소오스 가스 분사기, 반응 가스 분사기 및 제 1 및 제 2 퍼지 가스 분사기를 포함할 수 있고, 소오스 가스 분사기와 반응 가스 분사기 사이에 각각 제 1 퍼지 가스 분사기와 제 2 퍼지 가스 분사기가 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 가스 분사기(310)은 그 내부에 가스 유로가 형성되고, 기판(10) 방향으로 가스를 분사하는 복수의 분사홀(311)이 형성된다. 분사홀(311)은 가스 분사기(310)의 하측에 형성될 수도 있고, 가스 분사기(310)의 측면에 형성될 수도 있다. 구동축(320)은 원통 형상의 몸체 내부에 가스 분사기(310)에 공정 가스를 공급하는 가스 유로가 마련될 수 있다. 여기서, 구동축(320)은 외부의 동력원(미도시)에 의해 동력을 인가받아 회전 운동을 한다. 하우징(330)은 내부가 비어 있는 원통 형상으로 마련되고, 그 내부에 구동축(320)이 배치된다. 그리고, 하우징(330)의 상단에는 베어링(미도시)이 구비되어 있어 구동축(320)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 이때, 하우징(330)은 플랜지와 같은 고정 부재(미도시)를 통해 챔버 리드(120)에 고정될 수 있다. 뿐만 아니라, 하우징(330)과 고정 부재가 일체로 형성될 수도 있다. 실링 부재(340)는 하우징(330)과 회전축(320) 사이를 밀봉하기 위해 챔버 리드(120) 외측의 이들 사이에 마련된다. 여기서, 실링 부재(340)로는 자성 유체 시일을 이용하는 것이 효과적이다. 이렇게 4개의 가스 분사기(310)가 마련되고 일 방향으로 회전함으로써 기판(10) 상에 소오스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 순차적으로 공급할 수 있고, 그에 따라 기판(10) 상에 원자층의 박막을 증착할 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 퍼지를 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.
플라즈마 발생부(500)는 공정 챔버(100) 내부에 마련된 전극(510)과, 공정 챔버(100) 외부에 마련되어 고주파 전원을 생성하는 RF 전원(520)과, RF 전원(520)의 고주파 전원을 전극(510)에 공급하는 전원 라인(530)과, 공정 챔버(100) 외부의 전원 라인(530)의 소정 영역에 마련된 정합 회로(540)를 포함한다. 전극(510)은 공정 챔버(100) 내부에 마련되며, 가스 분사기(310)의 상측에 마련된다. 즉, 전극(510)은 챔버 리드(120)의 상판과 가스 분사기(310) 사이에 마련된다. 전극(510)은 도 2에 도시된 바와 같이 중앙부가 빈 대략 링 형상으로 마련된다. 또한, 전극(510)은 도 3에 도시된 바와 같이 그 하측에 배열된 복수의 기판(10)과 중첩되도록 마련된다. 여기서, 전극(510)의 폭은 기판(10)의 직경보다 적어도 같게 제작된다. 즉, 전극(510)의 외경에서 내경을 뺀 전극(510)의 폭은 기판(10)의 직경보다 크게 제작되는 것이 바람직한데, 기판(10)의 직경과 반응 챔버(100)의 사이즈 등을 고려하여 예를 들어 기판(10)의 직경보다 대략 10㎜ 이상 크게 마련된다. 만약, 전극(510)의 폭이 기판(10)의 직경보다 작으면 기판(10)의 전체 영역 상에 플라즈마를 균일하게 발생시키지 못하게 된다. 즉, 기판(10)과 전극(510)이 중첩되지 않은 영역에는 플라즈마가 발생되지 않거나 다른 영역보다 적게 발생되어 해당 부분의 박막이 얇게 형성될 수 있다. 따라서, 전극(510)이 폭이 기판(10)의 직경보다 같거나 바람직하게는 크게 제작됨으로써 기판(10)의 전체 영역 상에 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있고 그에 따라 기판(10) 전체 영역에 균일한 두께로 박막 증착이 가능하다. 이렇게 전극(510)이 복수의 기판(10)과 중첩되도록 소정의 폭을 갖는 링 형상으로 제작됨으로써 기판 지지대(210)의 중앙부에 대응되는 영역의 플라즈마 밀도가 낮아지고, 기판(10) 상의 전체 영역에서 플라즈마 밀도가 균일하여 기판(10) 전체의 두께 균일성이 향상된다. 한편, RF 전원(520)으로부터 생성된 고주파 전원은 전원 라인(530)을 통해 전극(510)에 인가된다. 이때, 전극(510)과 전원 라인(530)의 접점은 적어도 하나 마련되는데, 접점은 도 4에 도시된 바와 같이 일 기판(10)의 중심점에 대응되는 영역에 마련되는 것이 바람직하다. 즉, 전원 라인(530)은 일 기판(10)의 중심점에 대응되는 전극(510)의 일 영역에 연결된다. 또한, 접점은 대칭되는 적어도 두 영역에 마련되는 것이 바람직하다. 이에 따라 플라즈마의 대칭성이 확보되어 플라즈마의 균일도를 확보할 수 있다. 한편, 전극(510)과 RF 전원(520) 사이에 정합 회로(440)가 마련될 수 있다. 정합 회로(440)는 임피던스를 매칭하기 위해 마련된다. 따라서, RF 전원(520)으로부터 생성된 고주파 전원이 전극(510)에 인가되어 전극(510)과 공정 챔버(100)의 전위차에 따라 전극(510)과 기판(10) 사이에 공정 가스의 플라즈마가 발생된다.
또한, 공정 챔버(100) 내에는 복수의 절연체(610, 620)가 마련된다. 절연체(610, 620)는 전극(510)과 그 주변을 절연하기 위해 마련된다. 즉, 고주파 전원이 인가되는 전극(510)과 접지 전압이 인가되는 공정 챔버(100)가 접촉되면 플라즈마가 발생되지 않고, 전극(510)과 가스 분배부(300)가 접촉되면 가스 분배부(300) 내에서 플라즈마가 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해 전극(510)과 가스 분배부(300)를 절연하기 위해 그 사이에 제 1 절연체(610)가 마련되고, 전극(510)과 공정 챔버(100)를 절연하기 위해 그 사이에 제 2 절연체(620)가 마련된다. 제 1 절연체(610)는 가스 분배부(300)의 일부를 감싸며, 하측에는 외측으로 돌출된 단턱부(611)가 형성된다. 또한, 제 2 절연체(620)는 반응 챔버(100)의 측면에 접촉되어 마련되며, 외측으로 돌출된 단턱부(621)가 마련된다. 제 1 절연체(610)의 단턱부(611)와 제 2 절연체(620)의 단턱부(621)에 전극(510)의 가장자리가 안착된다. 또한, 절연체(610, 620)는 공정 챔버(100) 내측의 반응 공간과 외측을 전극(510)과 함께 차단하여 반응 공간을 밀폐시킨다. 따라서, 제 1 절연체(610)와 전극(510)의 사이에 밀봉 부재(630)가 마련되고, 제 2 절연체(620)와 전극(510) 사이에 밀봉 부재(640)가 마련된다. 구체적으로, 제 1 및 제 2 절연체(610, 620)의 단턱부(611, 612)와 전극(510) 사이에 밀봉 부재(630, 640)가 각각 마련된다. 또한, 제 1 절연체(610)의 내측과 그 사이를 관통하는 가스 분배부(300) 사이에도 밀봉 부재(650)가 마련된다. 따라서, 전극(510)과 제 1 및 제 2 절연체(610, 630), 그리고 밀봉 부재(630, 640, 650)에 의해 전극(510) 하측의 공정 챔버(100)가 밀폐된다. 한편, 제 2 절연체(620)과 챔버 몸체(110) 사이에도 밀봉 부재(660)이 마련된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 방사형으로 배치된 복수의 기판(10)과 중첩되도록 내부가 빈 소정 폭의 링 형상으로 전극(510)이 형성된다. 이러한 형상으로 전극(510)이 형성됨으로써 기판(10)의 증착 균일성 등을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래의 평판 형상의 전극(515)을 이용하는 경우과 본 발명의 일 실시 예에 따른 링 형상의 전극(510)을 이용하는 경우의 플라즈마 분포를 비교하면, 종래의 경우 도 5(a)에 도시된 바와 같이 기판(10)이 배치되지 않은 기판 지지대(210)의 중앙부에 플라즈마 밀도가 집중되지만, 본 발명의 경우 도 5(b)에 도시된 바와 같이 기판(10)이 배치되지 않은 기판 지지대(210)의 중앙부는 플라즈마 밀도가 낮고 기판(10)의 전체 영역에서 플라즈마 밀도가 균일하게 된다. 따라서, 본 발명은 기판(10) 상의 전체 영역에서 균일한 두께로 박막이 증착되어 종래보다 균일성이 향상되고, 그에 따라 기판 상에 형성되는 복수의 소자가 동일한 동작 특성을 갖게 되어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 일 실시 예는 가스 분배부(300)가 복수의 가스 분사기(310)을 구비하여 회전하는 경우를 설명하였다. 즉, 복수의 가스 분사기(310)가 회전하여 ALD 공정을 실시할 수 있는 경우를 설명하였다. 그러나, 가스 분사기(310)가 회전하지 않고 적어도 하나 구비될 수 있다. 즉, 회전하지 않는 적어도 하나의 가스 분사기(310)를 통해 복수의 공정 가스가 동시에 공급되어 CVD 공정이 진행될 수도 있고, 복수의 공정 가스가 순차적으로 공급되어 ALD 공정이 진행될 수도 있다. 이때, 가스 분사기(310)가 회전하지 않는 경우 기판 지지대(210)가 회전하여 복수의 기판(10) 상에 순차적으로 공정 가스가 분사된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 전극(510)이 내부가 빈 대략 링 형상으로 제작되고 고주파 전원이 인가될 수 있도록 도전체로 제작되었으나, 링 형상으로 제작되며 적어도 일부가 도전체로 제작되어 전극으로 기능하고 나머지는 절연체로 제작될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 전극(510)은 일부가 도전체(511)로 제작되고 나머지가 절연체(512)로 제작될 수 있다. 이 경우 도전체(511)와 절연체(512)가 결합 수단에 의해 결합될 수 있다. 이렇게 전극(510)의 일부가 도전체(511)로 제작되는 경우 국부적으로 플라즈마가 발생되지만, 기판 지지대(210)가 회전하여 기판(10) 상에 순차적으로 박막이 증착될 수 있다. 이때, 가스 분사기(310)는 도전체(511) 부분에만 마련되어 플라즈마가 발생되는 부분에만 공정 가스를 분사할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간을 마련하는 공정 챔버(100)와, 공정 챔버(100)의 내부의 하측에 위치하여 기판(10)을 지지하는 기판 지지부(200)와, 공정 챔버(100) 내에 기판 지지부(200)와 대향되어 상측에 마련되며 제 1 및 제 2 공정 가스를 기판(10) 상에 각각 분사하는 제 1 및 제 2 가스 분배부(300A, 300B)와, 공정 챔버(100) 내에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)와, 제 2 가스 분배부(300B)에 연결되어 공정 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부(700)를 포함한다. 여기서, 플라즈마 발생부(700)는 제 2 가스 분배부(300B) 상에 마련된 전극(710)과, 고주파 전원을 생성하는 RF 전원(720)과, RF 전원(720)의 고주파 전원을 전극(710)에 공급하는 전원 라인(730)과, 전원 라인(730)의 소정 영역에 마련된 정합 회로(740)를 포함한다.
제 1 가스 분배부(300A)는 기판 지지대(210)와 대향되고 상측에 마련되고, 챔버 리드(120)의 중앙부를 관통하는 가스 공급부(400)의 가스 공급관(412)과 연결되어 제 1 공정 가스를 공급받아 이를 하측으로 분사한다. 이를 위해 제 1 가스 분배부(300A)는 하측에 복수의 분사홀(350)이 형성된다. 또한, 제 1 가스 분배부(300A)는 측면에도 복수의 분사홀(350)이 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 공정 가스는 소오스 가스, 반응 가스, 불활성 가스를 포함한다. 또한, 제 2 가스 분배부(300B)는 기판 지지대(210) 상에 마련된 복수의 기판(10)의 배치 형상에 따라 복수의 기판(10)과 중첩되도록 마련된다. 또한, 제 2 가스 분배부(300B)의 폭은 기판(10)이 직경보다 바람직하게는 크게 마련된다. 이때, 제 2 가스 분배부(300B)는 내부에 소정 공간이 형성된 대략 링 형상으로 마련되고, 상측에 플라즈마 발생부(700)의 전극(710)이 마련되고, 하측에는 복수의 분사홀(360)이 마련된다. 즉, 전극(710)이 제 2 가스 분배부(300B)의 상부판을 이룬다. 또한, 내부에는 가스 공급관(422)를 통해 공급되는 제 2 공정 가스를 제 2 가스 분배부(300B) 내에 고르게 분포시키기 위한 배플(370)이 마련될 수 있다. 제 2 가스 분배부(300B)를 통해 공급되는 제 2 공정 가스는 소오스 가스, 반응 가스 및 불활성 가스를 포함하는데, 제 1 공정 가스와 동일 가스가 공급될 수도 있고 다른 가스가 공급될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 공정 가스로 불활성 가스가 공급되면 제 2 공정 가스로 소오스 가스 및 반응 가스가 공급될 수 있고, 제 1 공정 가스로 소오스 가스 및 반응 가스가 공급되면 제 2 공정 가스로 불활성 가스가 공급될 수 있다. 제 1 및 제 2 가스 분배부(300A, 300B)를 통해 공급되는 공정 가스를 조절함으로써 ALD 공정 및 CVD 공정이 가능할 수 있다.
이렇게 제 2 가스 분배부(300B)와 결합되어 전극(710)이 마련되는 경우에도 전극(710)에 고주파 전원이 인가되고 공정 챔버(100)가 접지 단자와 연결되기 때문에 전극(710)과 기판(10) 사이의 전위차에 의한 전기장이 발생되고, 그에 다라 제 1 및 제 2 가스 분배부(300A, 300B)와 기판(10) 사이에 공정 가스의 플라즈마가 생성된다. 이때에도 전극(710)이 복수의 기판(10)의 배치 형상을 따라 중앙부가 빈 대략 링 형상으로 마련되므로 기판(10)이 마련되지 않은 기판 지지대(210)의 중앙부에는 플라즈마 밀도가 낮고, 기판(10) 상에는 전체적으로 균일한 밀도로 플라즈마가 생성된다. 따라서, 기판(10) 전체 영역에 균일한 두께로 박막이 성장될 수 있다. 한편, 제 2 가스 분배부(300B)에 제 2 공정 가스를 공급하기 위해 전극(710)의 일부를 관통하여 가스 공급관(410)이 마련된다. 따라서, 전극(710)의 일부 영역에는 적어도 하나의 관통홀이 형성된다. 또한, 전극(710)에 고주파 전원을 인가하기 위한 전원 라인(730)은 전극(710)에 연결될 수도 있고, 전극(710)을 관통하는 가스 공급관(410)의 소정 영역에 연결될 수 있다. 전극(710)이 가스 공급관(410)에 연결되는 경우 가스 공급관(410)의 일부, 즉 전극(710)과 연결되는 부분의 일부는 금속 등의 도전 물질로 제작되고, 그 이외의 나머지는 세라믹 등의 절연 물질로 제작될 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 지지부
300 : 가스 분배부 400 : 가스 공급부
500 : 플라즈마 발생부 510 : 전극

Claims (13)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 마련되어 복수의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부와 대향 마련되고 상기 복수의 기판의 배치 형상을 따라 마련된 전극을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 지지부와 대향 마련되고 공정 가스를 분배하는 가스 분배부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분배부는 적어도 하나의 가스 분사기를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 분사기 및 상기 기판 지지대의 적어도 어느 하나가 회전하는 기판 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 분배부는 상기 공정 챔버의 중앙부에서 제 1 공정 가스를 분배하는 제 1 가스 분배부; 및
    상기 공정 챔버의 외측에서 제 2 공정 가스를 분배하는 제 2 가스 분배부를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 기판은 상기 기판 지지대의 중앙부를 제외하고 인접하는 상기 기판이 등간격을 유지하도록 배치된 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전극은 상기 기판 지지대의 중앙부에 대응되는 영역이 제거된 형상으로 마련되는 기판 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전극은 상기 복수의 기판과 중첩되도록 마련되는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전극은 폭이 상기 기판의 직경과 같거나 크게 마련되는 기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전극에는 전원 라인을 통해 고주파 전원이 인가되고, 상기 전원 라인과 상기 전극의 접점은 상기 기판의 중앙부에 대응되는 영역에 마련되는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전극과 상기 전원 라인의 접점은 적어도 둘 이상의 등간격으로 배치되는 기판 처리 장치.
  12. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전극은 상기 제 2 가스 분배부 상에 마련되는 기판 처리 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 공정 챔버는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체와 체결되는 챔버 리드를 포함하고, 상기 챔버 리드는 상기 가스 분배부가 관통되는 제 1 관통 구멍과, 상기 전극에 연결되는 상기 전원 라인이 관통되는 적어도 하나의 제 2 관통 구멍이 형성된 기판 처리 장치.
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