KR20150104352A - 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 Download PDF

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    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles

Abstract

본 발명은 기판 상에 공정 가스를 분사하는 가스 분배 장치로서, 공정 가스가 유입되는 상부판; 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판; 상부판과 하부판 사이의 측면에 마련된 측벽판; 및 상부판과 하부판 사이에 마련된 배플을 포함하며, 상부판과 배플 사이의 제 1 거리와 배플과 하부판 사이의 제 2 거리가 1:0.2 내지 1:0.7의 비를 갖는 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 기판 상의 박막 균일도를 향상시킬 수 있는 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판 상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 적층하여 제조한다. 반도체 공정은 기판 상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정 등을 포함한다. 이러한 반도체 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 반응 챔버 내부에서 진행된다.
예를 들어, 반응 챔버는 내부에 기판을 지지하는 기판 지지대와 공정 가스를 분사하는 가스 분배부가 대향 마련된다. 즉, 반응 챔버 내부의 하측에 기판 지지대가 마련되어 기판을 지지하고, 반응 챔버 내부의 상측에 가스 분배부가 마련되어 기판 상에 공정 가스를 분사한다. 그런데, 기판이 대형화됨에 따라 기판의 전 영역에 고르게 박막이 증착되거나 식각되도록 하여 공정 균일도를 일정하게 유지해야 하는데, 이를 위해 넓은 영역에 고르게 공정 가스를 분사할 수 있는 샤워헤드(showerhead) 타입의 가스 분배부가 많이 이용된다.
샤워헤드는 상부에 공정 가스가 공급되는 가스 공급관이 연결되고, 내부에는 공정 가스가 확산되는 공간이 마련되며, 하부에는 기판 상에 공정 가스를 분사하는 복수의 분사홀이 형성된다. 그런데, 가스 공급관 직하방에 위치하는 분사홀을 통해 다른 영역에 비해 많은 양의 공정 가스가 분사될 수 있으므로 샤워헤드 내부에 배플(baffle)을 마련하여 샤워헤드 내부에 공정 가스가 고르게 퍼지도록 한다. 이때, 배플은 샤워헤드 내부 공간의 상측, 즉 가스 공급관에 인접하게 마련된다. 이러한 배플을 구비하는 샤워헤드의 예가 한국공개특허 제10-2008-0000387호에 제시되어 있다.
그러나, 공정 균일도를 공정 가스의 유입량, 가스 분배부의 구성, 반응 챔버 내부의 압력 및 온도 등 다양한 인자들에 의해 공정 균일도가 결정될 수 있어 일정한 공정 균일도를 유지하기 어렵다. 특히, 가스 분배부의 구성, 예를 들어, 배플과 분사홀의 구성에 따라 공정 균일도가 영향을 받을 수 있다.
본 발명은 기판 상의 전 영역에 공정 가스를 고르게 분사할 수 있어 공정 균일도를 일정하게 유지할 수 있는 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 공정 가스가 유입되는 영역과 배플, 그리고 분사홀 사이의 관계를 최적화함으로써 기판 상의 공정 균일도를 향상시킬 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, 상기 공정 가스가 유입되는 상부판; 상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판; 및 상기 상부판과 하부판 사이에 마련된 배플을 포함하며, 상기 상부판과 배플 사이의 제 1 거리와 상기 배플과 하부판 사이의 제 2 거리가 1:0.2 내지 1:0.7의 비를 갖는다.
상기 상부판, 하부판 및 배플은 상기 기판의 형상으로 마련된다.
상기 배플은 복수의 관통홀이 형성된 판 형상으로 마련되어 측면이 측벽판의 내측면과 접촉된다.
상기 배플은 복수의 관통홀이 형성되고 상기 상부판과 하부판의 30% 내지 80%의 면적을 갖는 판 형상으로 마련되어 측벽판의 내측면과 이격된다.
상기 제 1 거리는 7㎜ 내지 10㎜를 포함하고, 상기 제 2 거리는 2㎜ 내지 5㎜를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 가스 분배 장치는 기판 상에 공정 가스를 분사하는 가스 분배 장치로서, 상기 공정 가스가 유입되는 상부판; 상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판; 및 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며, 적어도 일 영역이 다른 영역에 비해 두꺼운 단차가 형성된 배플을 포함한다.
상기 단차는 상기 상부판과 대면하는 상기 배플 상부면의 가장자리에 형성된다.
상기 배플은 직사각형의 형상으로 마련되고, 상기 단차는 상기 배플 상부면의 네 모서리 영역에 서로 소정 간격 이격되어 마련된다.
상기 단차는 상기 상부판과 배플 사이의 거리의 1/5 내지 2/3의 높이로 형성된다.
상기 단차는 상기 배플의 장변측으로 상기 장변 전체 길이의 1/5 내지 1/3의 길이로 형성되고, 상기 배플의 단변측으로 상기 단변 전체 길이의 1/3 내지 2/3의 길이로 형성된다.
본 발명의 또다른 양태에 따른 기판 처리 장치는 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 내측에 서로 대향되게 마련된 기판 안치부 및 가스 분배부; 및 상기 가스 분배부와 연결되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 상기 가스 분배부는 상기 공정 가스가 유입되는 상부판과, 상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판과, 상기 상부판과 하부판 사이에 마련된 배플을 포함하며, 상기 상부판과 배플 사이의 제 1 거리와 상기 배플과 하부판 사이의 제 2 거리가 1:0.2 내지 1:0.7의 비를 갖는다.
상기 제 1 거리는 7㎜ 내지 10㎜를 포함하고, 상기 제 2 거리는 2㎜ 내지 5㎜를 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에 따른 기판 처리 장치는 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 내측에 서로 대향되게 마련된 기판 안치부 및 가스 분배부; 및 상기 가스 분배부와 연결되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 상기 가스 분배부는 상기 공정 가스가 유입되는 상부판; 상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판; 및 상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며, 적어도 일 영역이 다른 영역에 비해 두꺼운 단차가 형성된 배플을 포함한다.
상기 배플은 직사각형의 형상으로 마련되고, 상기 단차는 상기 배플 상부면의 네 모서리 영역에 서로 소정 간격 이격되어 마련된다.
상기 단차는 상기 상부판과 배플 사이의 거리의 1/5 내지 2/3의 높이로 형성되고, 상기 배플의 장변측으로 상기 장변 전체 길이의 1/5 내지 1/3의 길이로 형성되며, 상기 배플의 단변측으로 상기 단변 전체 길이의 1/3 내지 2/3의 길이로 형성된다.
상기 반응 챔버 상에 마련된 플라즈마 발생부를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 분배부는 서로 이격된 상부판과 하부판 사이에 배플이 마련되고, 배플은 상부판과 배플 사이의 제 1 거리가 배플과 하부판 사이의 제 2 거리보다 크도록 위치할 수 있다. 또한, 상부판과 배플 사이의 상부 공간의 부피가 배플과 하부판 사이의 하부 공간의 부피보다 크도록 배플이 위치할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 제 1 거리가 제 2 거리보다 크게 배플이 마련되어 상부 공간의 가장자리까지 균일하게 공정 가스가 퍼지게 할 수 있고, 그에 따라 하부 공간으로 공정 가스가 고르게 공급될 수 있다. 따라서, 공정 가스가 분사홀를 통해 기판의 전 영역에 고르게 분사될 수 있어 박막의 증착 균일도, 식각 균일도 등의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분배 장치의 분리 사시도 및 결합 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 분배 장치의 분리 사시도 및 결합 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 가스 분배 장치의 분리 사시도 및 결합 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 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 단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분배 장치의 분리 사시도 및 결합 단면도이다. 또한, 도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 분배 장치의 분리 사시도 및 결합 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간이 마련된 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100) 내의 일측에 마련되어 적어도 하나의 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(200)와, 기판 지지대(200)와 대향되는 반응 챔버(100) 내의 타측에 마련되어 공정 가스를 분사하는 가스 분배부(300)와, 반응 챔버(100) 외측에 마련되어 가스 분배부(300)로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 반응 챔버(100) 내부를 소정의 압력으로 배기하기 위한 배기부(500)를 더 포함할 수 있고, 도시되지 않았지만 반응 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 더 포함할 수 있다.
반응 챔버(100)는 내부에 소정의 공간이 마련되는 통 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 반응 챔버(100)는 기판(10)의 형상에 따라 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 여기서, 기판(10)은 반도체 제조용 실리콘 기판이 이용될 수 있고, 평판 디스플레이 제조용 글래스 기판이 이용될 수도 있다. 즉, 실리콘 기판 등 기판(10)이 원형일 경우 반응 챔버(100)는 횡단면이 원형인 원통형으로 마련될 수 있고, 유리 기판 등 기판(10)이 사각형일 경우 반응 챔버(100)는 횡단면이 사각형인 육면체 형성으로 마련될 수 있다. 또한, 반응 챔버(100)는 대략 기판(10) 형상의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 반응 공간을 가지는 몸체(100a)와, 평면부와 동일 형상으로 몸체(100a) 상에 위치하여 반응 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 리드(100b)를 포함할 수 있다. 이러한 반응 챔버(100)의 내부에는 기판 지지대(200)와 가스 분배부(300)가 서로 대향되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(200)가 반응 챔버(100)의 평면부 측에 마련되고, 가스 분배부(300)가 리드(100b) 측에 마련될 수 있다. 또한, 반응 챔버(100)는 제 1 영역에 기판(10)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(110)가 마련될 수 있다. 그리고, 반응 챔버(100)의 제 2 영역에는 반응 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)와 연결된 가스 공급구(120)가 마련될 수 있다. 또한, 반응 챔버(100)의 내부 압력을 조절하기 위해 반응 챔버(100)의 제 3 영역에는 배기구(130)가 마련되고 배기구(130)에 배기부(500)가 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판 출입구(110)는 반응 챔버(100)의 일 측면에 기판(10)이 출입할 수 있는 정도의 크기로 마련될 수 있고, 가스 공급구(120)는 리드(100b)의 소정 영역을 관통하여 마련될 수 있으며, 배기구(130)는 기판 지지대(200)보다 낮은 위치의 반응 챔버(100)의 측벽부 또는 하부의 평면부를 관통하여 마련될 수 있다.
기판 지지대(200)는 반응 챔버(100)의 내부에 마련되어 반응 챔버(100) 내부로 유입되는 적어도 하나의 기판(10)이 안착된다. 이러한 기판 지지대(200)는 가스 분배부(300)와 대향하는 위치에 마련된다. 예를 들어, 반응 챔버(100) 내부의 하측에 기판 지지대(200)가 마련되고, 반응 챔버(100) 내부의 상측에 가스 분배부(300)가 마련될 수 있다. 기판 지지대(200)는 기판(10)이 안착되어 지지될 수 있도록 예를 들어 정전척 등이 마련되어 기판(10)을 정전력에 의해 흡착 유지할 수도 있고, 진공 흡착이나 기계적 힘에 의해 기판(10)을 지지할 수도 있다. 또한, 기판 지지대(200)는 기판(10) 형상과 대응되는 평면 형상, 예를 들어 원형 또는 사각형으로 마련될 수 있으며, 기판(10)보다 크게 제작될 수 있다. 기판 지지대(200) 하부에는 기판 지지대(200)를 승하강 이동시키는 기판 승강기(210)가 마련될 수 있다. 기판 승강기(210)는 기판 지지대(200)의 적어도 일 영역, 예를 들어 중앙 영역을 지지하도록 마련되고, 기판 지지대(200) 상에 기판(10)이 안착되면 기판 지지대(200)를 가스 분배부(300)와 근접하도록 이동시킨다. 또한, 기판 지지대(200) 내부에는 히터(미도시)가 장착될 수 있다. 히터는 소정 온도로 발열하여 기판(10)을 가열함으로써 박막 증착 공정, 식각 공정 등이 기판(10) 상에서 용이하게 실시되도록 한다. 뿐만 아니라, 기판 지지대(200) 내부에는 냉각수 공급로(미도시)가 마련되어 냉각수가 공급되어 기판(10)의 온도를 낮출 수 있다. 그리고, 기판 지지대(200)에는 복수의 리프트 핀(미도시)이 관통하는 복수의 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
가스 분배부(300)는 반응 챔버(100) 내부의 상측에 마련되어 기판 지지대(200) 상에 안치된 기판(10)을 향해 공정 가스를 분사한다. 이러한 가스 분배부(300)는 기판 지지대(200)와 마찬가지로 기판(10) 형상에 대응되는 형상으로 제작될 수 있는데, 대략 원형 또는 사각형으로 제작될 수 있다. 본 실시 예에서는 사각형 형상의 가스 분배부(300)를 예로 들어 설명한다. 또한, 가스 분배부(300)는 내부에 소정의 공간이 마련된 샤워헤드 타입으로 마련될 수 있고, 상측은 가스 공급부(400)와 연결되고, 하측에는 기판(10)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(325)이 형성된다. 즉, 가스 분배부(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상부판(310) 및 하부판(320)이 서로 소정 간격 이격되어 마련되고, 이들 사이의 공간을 밀폐하도록 상부판(310) 및 하부판(320)의 가장자리에는 측벽판(330)이 마련된다. 또한, 가스 분배부(300) 내부에는 가스 공급부(400)로부터 공급되는 공정 가스를 고르게 분포시키기 위한 배플(340)이 마련된다.
이러한 가스 분배부(300)는 상부판(310)이 리드(100b)와 접촉되어 결합된다. 또한, 상부판(310)의 소정 영역에는 가스 공급부(400)의 가스 공급관(420)과 연결되는 적어도 하나의 가스 공급홀(315)이 형성되고, 하부판(320)에는 복수의 분사홀(325)이 마련된다. 가스 공급홀(315)은 예를 들어 중앙부에 하나 형성될 수 있고, 중앙부를 포함한 복수의 영역에 형성될 수 있다. 물론, 중앙부를 제외한 복수의 영역에 가스 공급홀(315)이 형성될 수도 있다. 또한, 복수의 분사홀(325)은 기판(10) 상에 공정 가스가 균일하게 분사될 수 있도록 다양한 형상 및 간격으로 형성될 수 있다. 즉, 복수의 분사홀(325)는 동일 크기 및 동일 간격으로 형성될 수도 있고, 영역에 따라 서로 다른 크기 및 서로 다른 간격으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 가스 공급홀(315)의 직하방에 위치하는 분사홀(325)는 작은 크기로 형성되고 가스 공급홀(315)의 직하방과 멀어질수록 크기가 크게 형성될 수 있다. 또한, 가스 공급홀(315)의 직하방에 위치하는 분사홀(325)은 간격이 넓게 형성되고, 가스 공급홀(315)의 직하방과 멀어질수록 간격이 좁아지도록 형성될 수도 있다.
가스 분배부(300) 내부에는 가스 공급부(400)로부터 공급되는 공정 가스를 고르게 분포시키기 위한 배플(340)이 마련된다. 배플(340)은 소정의 판 형상으로 마련될 수 있으며, 가스 분배부(300)의 내부 공간에 전체적으로 마련되어 가스 분배부(300) 내부 공간을 상부 공간(A) 및 하부 공간(B)으로 분할한다. 이러한 배플(340)은 상부판(310) 및 하부판(320)과 동일 사이즈로 마련될 수도 있고, 측벽판(330)의 내면에 접촉되도록 측벽판(330) 사이의 거리에 대응되는 사이즈로 마련될 수 있다. 전자의 경우 배플(340)은 측벽판(330)의 소정 영역에 협지될 수 있고, 후자의 경우 측벽판(330)의 내면에 접촉되어 측벽판(330)에 고정될 수도 있다. 또한, 배플(340)에는 복수의 관통홀(345)이 마련되어 가스 공급부(400)로부터 공급되는 공정 가스를 하측으로 공급할 수 있다. 즉, 가스 공급부(400)를 통해 가스 분배부(300)의 상부판(310)과 배플(340) 사이의 상부 공간(A)으로 공급된 공정 가스는 배플(340)을 상하 관통하도록 형성된 복수의 관통홀(345)을 통해 배플(340)과 하부판(320) 사이의 하부 공간(B)으로 공급된다. 이때, 관통홀(345)의 형상은 분사홀(325)의 형상과 동일할 수 있다. 즉, 관통홀(345)은 모든 영역에서 동일 크기 및 동일 간격으로 형성될 수 있고, 가스 공급홀(315)의 직하방 영역으로부터 가스 공급홀(315)과 멀어질수록 관통홀(345)의 크기가 커지거나 관통홀(345) 사이의 간격이 좁아질 수 있다. 또한, 관통홀(345)의 전체 수는 분사홀(325)의 수보다 적을 수 있고, 이때 관통홀(345)의 크기는 분사홀(325)의 크기보다 클 수 있다.
여기서, 상부판(310)과 배플(340) 사이의 제 1 거리(S1), 즉 상부 공간(A)의 상하 폭은 배플(340)과 하부판(320) 사이의 제 2 거리(S2), 즉 하부 공간(B)의 상하 폭보다 클 수 있다. 이에 따라, 상부 공간(A)의 부피가 하부 공간(B)의 부피보다 클 수 있다. 이렇게 제 2 거리(S2)를 제 1 거리(S1)보다 작게 하면, 즉 하부 공간(B)의 부피를 상부 공간(A)의 부피보다 작게 하면 배플(340)을 통한 공정 가스의 균일한 분산이 가능하게 되고, 그에 따라 분사홀(325)을 통해 분사되는 공정 가스의 양이 균일하게 된다. 즉, 상부판(310)과 배플(340) 사이의 제 1 거리(S1)가 배플(340)과 하부판(320) 사이의 제 2 거리(S2)보다 크면, 다시 말하면 상부 공간(A)의 부피가 하부 공간(B)의 부피보다 크면 배플(340)의 관통홀(345)을 통해 배출되기 이전에 공정 가스가 가스 분배부(300)의 상부 공간(A)의 가장자리까지 넓게 퍼질 수 있고, 그에 따라 배플(340)을 통해 하부 공간(B)으로 공정 가스가 균일하게 공급될 수 있다. 따라서, 분사홀(325)을 통해 기판(10)의 전 영역으로 고르게 공정 가스가 분사될 수 있어 공정 균일도를 향상시킬 수 있다. 이때, 제 1 거리(S1)는 7㎜∼10㎜일 수 있고, 제 2 거리(S2)는 2㎜∼5㎜일 수 있으며, 제 1 거리(S1)과 제2 거리(S2)의 비는 1:0.2 내지 1:0.7, 바람직하게는 1:0.3 내지 1:0.5을 가질 수 있다. 제 1 거리(S1)과 제 2 거리(S2)의 비가 1:0.7보다 클 경우 배플(340)의 상부 공간(A)에서 균일하게 공정 가스가 확산되더라도 하부 공간(B)에서 공정 가스가 중앙부로 집중되기 때문에 박막의 균일성이 저하될 수 있다. 또한, 제 1 거리(S1)와 제 2 거리(S2)의 비가 1:0.2보다 작아지게 되면 반응 챔버(100)의 온도가 증가할 때 열팽창으로 인해 공정 가스가 가스 분배부(300)의 내부와 접촉하게 되고, 그에 따라 공정 가스의 파티클이 생성되는 문제가 발생된다. 여기서, 상부 공간(A)과 하부 공간(B)의 부피비는 상부판(310), 하부판(320) 및 배플(340)의 면적 등에 따라 달라질 수 있지만, 제 1 거리(S1)와 제 2 거리(S2)의 비가 1:0.2 내지 1:0.7이 되도록 예를 들어 1:0.2 내지 1.0.7 정도가 되도록 한다.
가스 공급부(400)는 복수의 공정 가스를 각각 공급하는 가스 공급원(410)과, 가스 공급원(410)으로부터 공정 가스를 반응 챔버(100) 내부로 공급하는 가스 공급관(420)을 포함할 수 있다. 공정 가스는 박막 증착 가스, 식각 가스 등을 포함할 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(410)은 SiH4 등의 소오스 가스, O2, O3 등의 반응 가스, Ar, N2 등의 퍼지 가스를 각각 공급할 수 있다. 또한, 공정 가스와 더불어 H2, Ar 등의 불활성 가스가 공급될 수 있다. 여기서, 가스 공급원(410)은 복수의 공정 가스를 각각 공급하기 위해 복수로 마련될 수 있고, 가스 공급관(420)도 가스 공급원(410)의 수에 대응되는 수로 마련될 수 있다. 가스 공급관(420)는 리드(100b)를 관통하여 가스 분배부(300)의 상부판(310)의 가스 공급홀(315)에 연결될 수 있다. 한편, 가스 공급원(410)과 가스 공급관(420) 사이에는 공정 가스의 공급을 제어하는 밸브 및 질량 흐름기 등이 마련될 수 있다.
배기부(500)는 배기 장치(510)와 반응 챔버(100)의 배기구(130)와 연결된 배기관(520)을 포함할 수 있다. 배기 장치(510)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 사용될 수 있으며, 이에 따라 반응 챔버(100) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 압력까지 진공 흡입할 수 있도록 구성될 수 있다. 배기구(130)가 기판 지지대(200) 하측의 반응 챔버(100) 측면 뿐만 아니라 반응 챔버(100)의 하면에 복수 설치될 수도 있고 그에 따라 배기관(520)은 복수 마련되어 배기구(130)와 연결될 수 있다. 또한, 배기되는 시간을 줄이기 위해 복수의 배기관(520) 및 배기 장치(510)가 더 설치될 수도 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 공정 챔버(100) 내부에 공정 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부가 더 마련될 수 있다. 플라즈마 발생부는 ICP 방식, CCP 방식, 헬리콘 방식 등 다양한 방식이 이용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생부는 반응 챔버(100)의 외측 상부, 즉 리드(100b)의 상부에 마련된 안테나(미도시)를 포함할 수 있다. 안테나는 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. 이러한 안테나는 일 단부가 RF 전원과 연결되고, 타 단부는 접지 단자와 연결된다. 또한, 플라즈마 발생부는 가스 분배부(300)가 알루미늄 등의 도전 물질로 제작되어 RF 전원을 공급받는 전극으로 기능할 수 있다. 이때, 가스 분배부(400)의 상부판(410)과 리드(100b) 사이에 절연체(미도시)가 마련되어 상부판(410)과 리드(100b)를 절연시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분배부(300)는 서로 이격된 상부판(310)과 하부판(420) 사이에 배플(340)이 마련되고, 배플(340)은 상부판(310)과 배플(340) 사이의 제 1 거리(S1)가 배플(340)과 하부판(320) 사이의 제 2 거리(S2)보다 크도록 위치한다. 이에 따라, 상부판(310)과 배플(340) 사이의 상부 공간(A)의 부피가 배플(340)과 하부판(320) 사이의 히부 공간(B)보다 크도록 배플(340)이 위치할 수 있다. 이렇게 제 1 거리(S1)가 제 2 거리(S2)보다 크면, 즉 상부 공간(A)의 부피가 하부 공간(B)의 부피보다 크면 상부 공간(A)의 가장자리까지 균일하게 공정 가스가 확산되고, 그에 따라 하부 공간(B)으로 공정 가스가 고르게 공급될 수 있다. 따라서, 분사홀(325)를 통해 공정 가스가 기판(10) 상에 고르게 분사될 수 있어 박막의 증착 균일도, 식각 균일도 등의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 가스 분배부(300)는 배플(340)이 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상부판(310)과 하부판(320) 사이의 일부 영역에 마련될 수도 있다. 즉, 가스 공급홀(315)의 직하방을 포함하여 30%∼80%의 면적으로 배플(340)이 마련될 수도 있다. 이때, 배플(340)은 적어도 하나의 지지대(미도시)에 의해 지지될 수 있는데, 이때 리드(100b) 및 상부판(310)에는 적어도 하나의 지지대가 관통하는 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 배플(340)의 형상을 변형할 수도 있는데, 이러한 실시 예를 도 6 및 도 7에 도시하였다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상부판(310)에 대면하는 배플(340)의 상부면의 소정 영역에 다른 영역보다 두꺼운 단차(346)가 형성된다. 이러한 단차(346)는 예를 들어 직사각 형상을 갖는 배플(340)의 네 모서리 영역에 마련될 수 있으며, 상부판(310)과 배플(340)의 거리(S1)의 예를 들어 1/5 내지 2/3의 높이로 형성될 수 있다. 또한, 배플(340)의 일 장변 및 일 단변에 각각 두 단차(346)이 마련될 수 있는데, 일 장변에 마련되는 두 단차(346)의 길이는 배플(340)의 장변 전체 길이의 1/5 내지 1/3의 길이로 형성될 수 있고, 일 단변에 마련되는 두 단차(346)의 길이는 배플(340)의 단변 전체 길이의 1/3 내지 2/3의 길이로 형성될 수 있다. 이렇게 배플(340) 상에 단차(346)가 형성되는 경우에도 상부판(310)과 배플(340) 사이의 상부 공간(A)의 부피가 배플(340)과 하부판(320) 사이의 하부 공간(B)의 부피보다 크도록, 예를 들어 1:0.2 내지 1:0.7의 부피비를 갖도록 마련될 수 있다. 한편, 단차(346)가 형성된 영역는 단차(346)를 관통하도록 관통홀(345)이 형성될 수 있고, 관통홀(345)이 형성되지 않을 수 있다. 이렇게 배플(340) 상에 단차(346)이 형성됨으로써 상부판(310)과 배플(340) 사이의 상부 공간(A)의 가장자리 영역의 부피가 줄어들고 그에 따라 상부 공간(A)의 확산 거리가 짧아져 공정 가스의 상부 공간(A)에서의 확산 속도가 빨라질 수 있다. 여기서, 단차(346)의 높이, 장변측 길이 및 단변측 길이의 적어도 어느 하나가 상기 범위 이하일 경우 공정 가스의 빠른 확산 속도의 효과를 얻을 수 없고, 상기 범위 이상인 경우 상부 공간(A)의 부피가 적어지거나 하부 공간(B)의 부피가 적어져 공정 가스가 고르게 분사되지 않을 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 : 반응 챔버 200 : 기판 지지대
300 : 가스 분배부 310 : 상부판
320 : 하부판 330 : 측벽판
340 : 배플 400 : 가스 공급부
500 : 배기부

Claims (16)

  1. 기판 상에 공정 가스를 분사하는 가스 분배 장치로서,
    상기 공정 가스가 유입되는 상부판;
    상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판; 및
    상기 상부판과 하부판 사이에 마련된 배플을 포함하며,
    상기 상부판과 배플 사이의 제 1 거리와 상기 배플과 하부판 사이의 제 2 거리가 1:0.2 내지 1:0.7의 비를 갖는 가스 분배 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부판, 하부판 및 배플은 상기 기판의 형상으로 마련되는 가스 분배 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 배플은 복수의 관통홀이 형성된 판 형상으로 마련되어 측면이 측벽판의 내측면과 접촉되는 가스 분배 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 배플은 복수의 관통홀이 형성되고 상기 상부판과 하부판의 30% 내지 80%의 면적을 갖는 판 형상으로 마련되어 측벽판의 내측면과 이격되는 가스 분배 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 제 1 거리는 7㎜ 내지 10㎜를 포함하고, 상기 제 2 거리는 2㎜ 내지 5㎜를 포함하는 가스 분배 장치.
  6. 기판 상에 공정 가스를 분사하는 가스 분배 장치로서,
    상기 공정 가스가 유입되는 상부판;
    상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판; 및
    상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며, 적어도 일 영역이 다른 영역에 비해 두꺼운 단차가 형성된 배플을 포함하는 가스 분배 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 단차는 상기 상부판과 대면하는 상기 배플 상부면의 가장자리에 형성되는 가스 분배 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 배플은 직사각형의 형상으로 마련되고, 상기 단차는 상기 배플 상부면의 네 모서리 영역에 서로 소정 간격 이격되어 마련되는 가스 분배 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 단차는 상기 상부판과 배플 사이의 거리의 1/5 내지 2/3의 높이로 형성되는 가스 분배 장치.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 상기 단차는 상기 배플의 장변측으로 상기 장변 전체 길이의 1/5 내지 1/3의 길이로 형성되고, 상기 배플의 단변측으로 상기 단변 전체 길이의 1/3 내지 2/3의 길이로 형성되는 가스 분배 장치.
  11. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 내측에 서로 대향되게 마련된 기판 안치부 및 가스 분배부; 및
    상기 가스 분배부와 연결되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고,
    상기 가스 분배부는 상기 공정 가스가 유입되는 상부판과,
    상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판과,
    상기 상부판과 하부판 사이에 마련된 배플을 포함하며,
    상기 상부판과 배플 사이의 제 1 거리와 상기 배플과 하부판 사이의 제 2 거리가 1:0.2 내지 1:0.7의 비를 갖는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제 1 거리는 7㎜ 내지 10㎜를 포함하고, 상기 제 2 거리는 2㎜ 내지 5㎜를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 내측에 서로 대향되게 마련된 기판 안치부 및 가스 분배부; 및
    상기 가스 분배부와 연결되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고,
    상기 가스 분배부는 상기 공정 가스가 유입되는 상부판과,
    상기 상부판과 소정 간격 이격되며 복수의 분사홀이 형성된 하부판과,
    상기 상부판과 하부판 사이에 마련되며, 적어도 일 영역이 다른 영역에 비해 두꺼운 단차가 형성된 배플을 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 배플은 직사각형의 형상으로 마련되고, 상기 단차는 상기 배플 상부면의 네 모서리 영역에 서로 소정 간격 이격되어 마련되는 기판 처리 장치.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 단차는 상기 상부판과 배플 사이의 거리의 1/5 내지 2/3의 높이로 형성되고, 상기 배플의 장변측으로 상기 장변 전체 길이의 1/5 내지 1/3의 길이로 형성되며, 상기 배플의 단변측으로 상기 단변 전체 길이의 1/3 내지 2/3의 길이로 형성되는 기판 처리 장치.
  16. 청구항 11 또는 청구항 13에 있어서, 상기 반응 챔버 상에 마련된 플라즈마 발생부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
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