KR20170029753A - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 상기 공정 공간에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부의 상부에 설치되어 하나 이상의 전극모듈을 포함하는 챔버 리드; 상기 전극모듈의 외측에 마련되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극의 내측에 마련되는 제2 전극을 포함하고, 상기 챔버 리드의 중심에 인접한 상기 제1 전극의 일측 및 상기 제2 전극의 일측 간의 간격과 상기 챔버 리드의 중심으로부터 이격된 외곽에 인접한 상기 제1 전극의 타측과 상기 제2 전극의 타측 간의 간격은 상이한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 기판에 박막을 증착하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양 전지(Solar Cell), 반도체 소자, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼나 글라스 등의 기판에 소정의 회로 패턴 또는 광학적 패턴을 형성하여야 하며, 이를 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토 공정, 선택적으로 노출된 영역의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 반도체 제조 공정을 수행하게 된다.
이러한 반도체 제조 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판 처리 장치의 내부에서 진행되며, 최근에는 플라즈마를 이용하여 증착, 식각, 또는 세정 공정을 수행하는 플라즈마 처리 장치가 많이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 전극(PE)은 기판(S)을 지지하는 기판 지지 수단(12) 위에 배치되어 외부의 플라즈마 전원 공급부(미도시)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 기판(S) 위에 플라즈마(P)를 형성한다.
그런데, 종래의 플라즈마 전극(PE)에 플라즈마 전원이 인가되면, 플라즈마 전극(PE)에서 발생되는 유도 기전력에 의한 고주파 전류는 표피 효과로 인하여 플라즈마 전극(PE)의 내측 영역(IA) 보다는 외측 영역(OA)의 일 지점에 상대적으로 집중되게 된다. 이에 따라, 상기 플라즈마 전극(PE)에 흐르는 고주파 전류에 의해 형성되는 플라즈마(P)가 플라즈마 전극(PE)의 내측 영역(IA) 보다는 외측 영역(OA)의 일 지점에 상대적으로 집중됨으로써 기판(S) 위에 형성되는 플라즈마(P)의 밀도가 불균일하다는 문제점이 있다. 일 예로서, 플라즈마를 이용해 박막 증착 공정을 수행할 경우, 기판(S)의 내측 영역(IA) 위에는 저밀도의 플라즈마(P)가 형성되어 증착율이 낮은 반면에 기판(S)의 외측 영역(OA)의 일 지점위에는 상대적으로 고밀도의 플라즈마(P)가 형성되어 증착율이 높아짐으로써 기판(S) 위에 형성되는 박막(TF)의 불균일하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있도록 한 기판 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 기판에 증착되는 박막의 막질을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 상기 공정 공간에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부의 상부에 설치되어 하나 이상의 전극모듈을 포함하는 챔버 리드; 상기 전극모듈의 외측에 마련되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극의 내측에 마련되는 제2 전극을 포함하고, 상기 챔버 리드의 중심에 인접한 상기 제1 전극의 일측 및 상기 제2 전극의 일측 간의 간격과 상기 챔버 리드의 중심으로부터 이격된 외곽에 인접한 상기 제1 전극의 타측과 상기 제2 전극의 타측 간의 간격은 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 상기 공정 공간에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부의 상부에 설치되어 하나 이상의 전극모듈을 포함하는 챔버 리드; 상기 전극모듈의 외측에 마련되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극의 내측에 마련되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극의 측면 및 상기 제2 전극의 측면의 간격은 상기 챔버 리드의 중심에서 상기 챔버 리드의 외곽을 향할수록 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 플라즈마 전극의 형상 변경을 통해 일 부분에서 발생되는 플라즈마의 밀도를 감소시킴으로써 기판에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
도 1은 종래 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 전극을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이고,
도 3 은 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극을 설명하기 위한 배면도이고,
도 7은 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극을 설명하기 위한 단면도이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극의 변형예를 설명하기 위한 배면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이고,
도 3 은 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극을 설명하기 위한 배면도이고,
도 7은 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극을 설명하기 위한 단면도이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극의 변형예를 설명하기 위한 배면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3 은 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 챔버 리드(130) 및 가스 분사유닛(140)를 포함한다.
상기 공정 챔버(110)는 플라즈마 처리 공정을 위한 공정 공간을 제공한다. 이를 위해, 상기 공정 챔버(110)는 바닥면과 바닥면으로부터 수직하게 형성되어 상기 공정 공간을 정의하는 챔버 측벽을 포함하여 이루어진다. 이러한 상기 공정 챔버(110)는 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위해 바닥면 또는 측면에 마련된 배기 포트(미도시)를 통해 배기 장치(미도시)에 연결된다. 그리고, 상기 공정 챔버(110)의 적어도 일측 챔버 측벽에는 기판(S)이 반입되거나 반출되는 기판 출입구(미도시)가 설치되어 있다. 상기 기판 출입구(미도시)는 상기 공정 공간의 내부를 밀폐시키는 챔버 밀폐 수단(미도시)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판 지지부(120)는 상기 공정 챔버(110)의 내부 바닥면에 회전 가능하게 설치된다. 상기 기판 지지부(120)는 상기 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 회전중심축(A1)에 의해 지지되며, 전기적으로 접지되거나, 일정한 전위(예를 들어, 양전위, 음전위, 또는 플로팅(floating))될 수 있다. 이때, 상기 중심회전축(A1)은 상기 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되어 상기 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐된다. 상기 기판 지지부(120)는 상기 공정 챔버(310)의 내부 바닥면에 승강 가능하도록 설치될 수도 있다.
상기 기판 지지부(120)는 외부의 기판 로딩 장치(미도시)로부터 로딩되는 적어도 하나의 기판(S)을 지지할 수 있다. 또한, 상기 기판 지지부(120)는 상기 기판 출입구를 통해 공정 공간으로 반입되는 하나의 대면적 기판(S)을 지지할 수도 있다. 상기 기판(S)은 반도체 기판 또는 웨이퍼가 될 수 있으며, 상기 기판 지지부(120)의 상면에는 복수의 기판(S)이 일정한 간격으로 배치된다. 이러한 기판 지지부(120)는 상기 회전중심축(A1)의 회전에 따라 소정 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전됨으로써, 기판 지지부(120)의 회전 및 회전 속도에 따라 기판(S)이 가스 분사유닛(130)의 하부를 지나가도록 한다. 이에 따라, 상기 가스 분사유닛(130)의 하부를 지나가는 기판(S)은 상기 가스 분사유닛(130)으로부터 분사되는 공정가스에 노출되고, 이로 인해 상기 기판(S) 상에서는 소정의 박막 증착을 위한 박막 증착 공정, 즉, ALD(Atomic Layer Deposition) 공정이 수행된다. 그리고, 도시되지 않았지만, 상기 기판(S)은 플라즈마 트리트먼트 공정(plasma treatment process)을 수행함으로써, 박막의 막질이 개선될 수 있다.
상기 챔버 리드(130)는 상기 공정 챔버(110)의 상부에 설치되어 상기 공정 챔버(110)에 의해 마련되는 상기 공정 공간을 밀폐한다. 여기서, 상기 챔버 리드(130)와 상기 공정 챔버(110) 사이에는 기밀 부재(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 챔버 리드(130)는 하나 이상의 전극모듈을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 전극모듈은 제1 전극(이하, '접지 전극(141b)') 및 제2 전극(이하, '플라즈마 전극(142)'이라 함)으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 챔버 리드(130)는 상기 가스 분사유닛(140)을 지지한다. 이를 위해, 상기 챔버 리드(130)에는 복수의 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)가 형성될 수 있다.
상기 복수의 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)는 상기 챔버 리드(130)의 중심점을 기준으로 산개, 즉 상기 중심점을 기준으로 균일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 중심점을 기준으로 소정의 각도로 각기 같거나 다른 각도로 이격되어 배치될 수 있다. 도 2에는 상기 챔버 리드(130)에 4개의 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)가 형성되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 상기 챔버 리드(130)의 중심점을 기준으로 산개하여 형성된 2N(단, N은 자연수)개 또는 2N+1개의 설치부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하의 설명에서는 상기 챔버 리드(130)가 제1 내지 제4 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)를 포함하여 이루어지는 것으로 가정한다.
상기 가스 분사유닛(140)은 상기 기판 지지부(120)에 국부적으로 마주보도록 상기 챔버 리드(130)의 복수의 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)에 분리 가능하게 설치된다. 상기 가스 분사유닛(140)은 외부로부터 공급되는 공정 가스를 상기 기판 지지부(120) 상에 국부적으로 하향 분사함으로써 기판(10) 상에 소정의 박막이 증착되도록 한다. 상기 가스 분사유닛(140)은 상기 기판 지지부(120)상에 정의된 가스 분사 영역과 마주보도록 복수의 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)에 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 가스 분사유닛(140)은 외부의 소스 가스 공급부(미도시) 또는 반응 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 소스 가스(SG) 또는 반응 가스(RG)를 상기 가스 분사 영역에 하향 분사할 수 있다. 이를 위해, 상기 복수의 가스 분사유닛(140)들 각각은 하우징(141), 플라즈마 전극(142), 급전부재(143), 급전봉(144) 제1절연부재(145) 및 제2절연부재(146)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 소스 가스(SG)는 상기 기판(S) 상에 증착될 박막의 주요 재질을 포함하여 이루어지는 가스로서, 산화막, HQ(hydroquinone) 산화막, High-K 물질의 박막, 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 물질을 포함하는 가스로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 티타늄(Ti)을 포함하여 이루어지는 소스 가스는 사염화티타늄(TiCl4) 가스 등이 될 수 있으며, 실리콘(Si) 물질을 포함하는 소스 가스(SG)로는 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorth osilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 및 TSA(Trisilylamine) 등이 될 수 있다.
또한, 상기 반응 가스(RG)는 기판(S) 상에 증착될 박막의 일부 재질을 포함하도록 이루어져 상기 소스 가스(SG)와 반응하여 최종적인 박막을 형성하는 가스로서, 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2)/질소(N2), 이산화질소(NO2) 가스, 아산화질소(N2O), 암모니아(NH3), 증기(H2O), 또는 오존(O3) 등이 될 수 있다. 이러한 상기 반응 가스는 아르곤(Ar), 제논(Ze), 헬륨(He), 또는 아르곤(Ar)/헬륨(He) 등의 가스와 함께 분사될 수 있다.
상기 공정 가스는 전술한 소스 가스(SG), 반응 가스(RG) 또는 소스 가스(SG) 및 반응 가스(RG)의 혼합 가스일 수 있으며, 선택적으로 상기 공정 가스는 아르곤 가스 또는 헬륨 가스 등의 비반응성 가스와 함께 상기 갭 공간(GS)에 공급될 수 있다.
상기 가스 분사유닛(140)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(141)을 포함하여 구성된다. 상기 하우징(141)은 하면이 개구되어 마련되는 갭 공간(GS)를 가지도록 사각 상자 형태로 형성된다. 상기 하우징(141)은 상기 챔버 리드(130)에 마련된 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)에 분리 가능하게 삽입 설치된다. 일 실시예에 따른 하우징(140)은 지지 플레이트(141a)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지지 플레이트(141a)는 평판 형태로 형성되어 상기 챔버 리드(130)에 마련된 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)를 덮도록 상기 챔버 리드(130)의 상면에 결합된다. 이러한 상기 지지 플레이트(141a)는 복수의 스크류 또는 볼트 등의 복수의 체결 부재(미도시)에 의해 상기 챔버 리드(130)의 상면에 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 챔버 리드(130)의 설치부(130a, 130b, 130c, 130d) 주변에는 복수의 체결 부재 각각이 체결되는 복수의 체결홀(131)이 형성되어 있다. 상기 지지 플레이트(141a)에는 상기 급전부재(143)가 설치되는 급전홀(141a1) 및 상기 공정 가스가 분사되는 가스 분사 홀(141a2)이 형성될 수 있다.
상기 접지 전극(141b)은 상기 전극모듈의 외측에 마련된다. 상기 접지 전극(141b)은 상기 갭 공간(GS)을 정의하도록 상기 지지 플레이트(141a)의 하면 가장자리 부분으로부터 소정 높이로 돌출되어 형성된다. 이러한 상기 접지 전극(141b)은 상기 챔버 리드(130)에 마련된 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)에 삽입 설치된다. 여기서, 상기 접지 전극(141b)의 하면은 상기 챔버 리드(130)의 하면과 동일 선상에 위치하거나, 상기 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)의 내부에 위치하거나, 상기 챔버 리드(130)의 하면으로부터 돌출될 수 있다.
상기 갭 공간(GS)은 상기 접지 전극(141b)에 의해 둘러싸이는 공간으로써 상기 기판 지지부(120)에 직사각 형태로 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 전극(142)은 상기 접지 전극(141b)의 내측에 마련된다. 상기 플라즈마 전극(142)은 플라즈마 전원 공급부(210)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 상기 갭 공간(GS)에 플라즈마를 형성한다. 여기서, 상기 반응 가스(RG)가 공급되는 갭 공간(GS)에서는 상기 플라즈마가 형성되는 것이 바람직하지만, 상기 소스 가스(SG)가 공급되는 갭 공간(GS)에서는 상기 소스 가스(SG)의 종류에 따라 상기 플라즈마가 형성되지 않는 것이 바람직 할 수 있다. 이 경우, 상기 소스 가스(SG)가 공급되는 갭 공간(GS)에 배치된 플라즈마 전극(142)은 상기 급전 부재(143)에 의해 지지되지만, 급전 케이블(230)을 통해 플라즈마 전원 공급부(210)에 전기적으로 연결되지 않거나, 플라즈마 처리 공정 시 플라즈마 전원 공급부(210)로부터 플라즈마 전원이 인가되지 않을 수 있다.
상기 급전 케이블(230)에는 임피던스 매칭 회로(220)가 접속되어 있고, 상기 임피던스 매칭 회로(220)는 플라즈마 전원 공급부(210)로부터 각 플라즈마 전극(141)에 공급되는 플라즈마 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시킨다. 이러한 임피던스 매칭 회로(220)는 적어도 하나의 커패시터 또는 적어도 하나의 인덕터로 구성되는 임피던스 소자(미도시)로 이루어질 수 있다.
상기 급전 부재(143)는 상기 지지 플레이트(141a)에 형성된 급전홀(141a1)에 삽입되도록 상기 지지 플레이트(141a)에 설치된다. 상기 급전 부재(143)는 상기 플라즈마 전극(142)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 급전 부재(143)는 상기 급전홀(141a1)의 내부에서 상기 급전봉(144)과 전기적으로 연결됨과 동시에 물리적으로 결합되어 플라즈마 전극(142)를 지지한다. 상기 급전 부재(143)는 상기 급전 케이블(230)을 통해 외부의 플라즈마 전원 공급부(210)로부터 공급되는 플라즈마 전원 상기 플라즈마 전극(142)에 공급한다.
상기 급전봉(144)은 상기 지지 플레이트(141a)의 윗면 중심부에 수직하게 형성되어 상기 급전홀(141a1)에 삽입 설치된다. 상기 급전봉(144)은 상기 플라즈마 전극(142)의 윗면에 복수로 형성될 수도 있다.
상기 제1절연부재(145)는 상기 플라즈마 전극(142)과 상기 지지 플레이트 (141a) 사이에 설치되어 상기 플라즈마 전극(142)을 전기적으로 절연하는 역할을 한다. 상기 제1절연부재(145)는 상기 지지 플레이트(140)와 마주보는 상기 플라즈마 전극(142)의 윗면에 설치될 수 있다. 이와 같은, 상기 제1절연부재(145)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2절연부재(146)는 상기 급전 부재(143)와 상기 지지 플레이트(141a) 사이에 설치되어 상기 급전 부재(143)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 상기 제2절연부재(146)는 상기 플라즈마 전극(142)의 급전봉(144)을 둘러 싸도록 상기 급전홀(141a1)의 내부에 삽입되어 상기 플라즈마 전극(142)의 급전봉(144)을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 이러한 상기 제2절연부재(146)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 상기 가스 분사유닛(140) 각각은 접지 전극(141b)에 둘러 싸이도록 배치된 플라즈마 전극(142)에 공급되는 플라즈마 전원에 따라 상기 갭 공간(GS)에 플라즈마를 형성함으로써, 상기 갭 공간(GS)에 분사되는 공정 가스를 플라즈마로 활성화시켜 기판(S) 상에 분사한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극을 설명하기 위한 배면도이다.
여기서, 상기 플라즈마 전극(142)에 플라즈마 전원이 인가되면, 상기 플라즈마 전극(142)에서 발생되는 유도기 전력에 의한 고주파 전류는 표피 효과가 발생된다. 이로 인해, 상기 플라즈마 전극(142)으로부터 발생되는 플라즈마가 연결부재(142c) 및 외측부재(142b)보다 내측부재(142a)에 상대적으로 집중된다. 이러한 상황에서, 상기 플라즈마 전극(142)으로부터 발생되는 플라즈마는 상기 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 따라 기판(S)의 내측 영역에 노출되는 시간이 증가함으로써, 상기 기판(S)의 내측 영역에 더 집중된다. 상술한 바와 같은 과정에 의해, 상기 기판(S) 내측 영역의 박막의 두께는 상기 기판(S) 내측영역의 박막의 두께보다 두껍게 형성됨으로써, 전체적인 박막의 균일도가 떨어지게 된다.
이를 해결하기 위해, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같은 상기 플라즈마 전극(142)은 내측부재(142a), 외측부재(142b) 및 연결부재(142c)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 내측부재(142a)는 상기 기판 지지부(120)의 회전중심축(A1)과 소정거리 이격되어, 상기 접지 전극(141b)에 삽입 설치된다. 상기 내측부재(142a)는 상기 기판(S) 중에서 상기 회전중심축(A1)과 인접한 위치의 일측 영역에 대향되도록 상기 기판(S)의 상측으로 이격되게 상기 접지 전극(141b)에 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 내측부재(142a)는 상기 챔버 리드(130)에 삽입된 상기 플라즈마 전극(142) 중에서 상기 회전중심축(A1)을 향하는 방향의 내측면 일 수 있다.
상기 외측부재(142b)는 상기 내측부재(142a)에 비해 상기 회전중심축(A1)으로부터 큰 거리로 이격되어, 상기 접지 전극(141b)에 삽입 설치된다. 상기 외측부재(142b)는 상술한 상기 기판(S)의 일측 영역보다 상기 회전중심축(A1)으로부터 큰 거리 이격된 타측 영역에 대향되도록 상기 기판(S)의 상측으로 이격되게 상기 접지 전극(141b)에 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 외측부재(142b)는 상기 챔버 리드(130)에 삽입된 상기 플라즈마 전극(142) 중에서 상기 기판 지지부(120)의 외측을 향하는 방향의 외측면 일 수 있다.
상기 연결부재(142c)는 상기 내측부재(142a)와 상기 외측부재(142b)를 연결한다. 상기 연결부재(142c)는 상기 내측부재(142a) 및 상기 외측부재(142b) 사이에 위치되게 상기 접지 전극(141b)에 삽입 설치될 수 있다. 상기 연결부재(142c)는 상기 기판(S)의 일측 영역 및 타측 영역 사이에서 상기 기판(S)과 대향되도록 상기 기판(S)의 상측으로 이격되게 상기 접지 전극(141b)에 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 내측부재(142a) 및 상기 외측부재(142b) 각각이 내측면 및 외측면일 경우, 상기 연결부재(142c)는 상기 내측면 및 외측면을 연결하는 본체일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 챔버 리드(130)의 중심에 인접한 상기 접지 전극(141b)의 일측 및 상기 플라즈마 전극(142)의 일측 간의 간격(D1) 상기 챔버 리드(130)의 중심으로부터 이격된 외곽에 인접한 상기 접지 전극(141b)의 타측 및 상기 플라즈마 전극(142)의 타측 간의 간격(D2)과 상이한 간격을 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 내측부재(142a)는 상기 회전중심축(A1)에서 상기 접지 전극(141b)을 향하는 제1방향으로 상기 접지 전극(141b)로부터 제1간격(D1)으로 이격되게 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 외측부재(142a)는 상기 제1방향에 대해 반대되는 제2방향을 기준으로 상기 접지 전극(141b)으로부터 상기 제1간격(D1)보다 더 작은 제2간격(D2)으로 이격되게 위치할 수 있다. 예컨대, 상기 제1간격(D1)은 상기 플라즈마 전극(142)의 내측면 및 상기 내측면과 대향되어 이격된 상기 접지 전극(141b)의 일측면(141b1)이 이격된 거리일 수 있다. 또한, 상기 제2간격(D2)은 상기 플라즈마 전극(142)의 외측면 및 상기 외측면과 대향되어 이격된 상기 접지 전극(141b)의 타측면(141b2)일 수 있다.
여기서, 상기 연결부재(142c)는 상기 제1방향에 수직한 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극(141b)으로부터 상기 제1간격(D1)에 비해 더 작은 제3간격(D3)으로 이격되게 위치될 수 있다. 예컨대, 상기 플라즈마 전극(142)은 상기 제1간격(D1)이 상기 제2간격(D2) 및 상기 제3간격(D3)보다 크도록 형성되어 상기 접지 전극(141b)에 삽입 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 제3간격(D3)은 상기 연결부재(142c)의 양측면 및 상기 연결부재(142c)의 양측면에 이격되도록 대향되는 접지 전극(141b)의 양측면(141b3, 141b4)이 이격된 거리 일 수 있다.
즉, 상기 내측면이 상기 접지 전극(141b)의 일측면(141b1)과 이격된 제1간격(D1)이 상기 제2간격(D2) 및 상기 제3간격(D3)보다 길게 형성됨에 따라, 제1간격(D1)에서 발생되는 전계분포를 약하게 함으로써, 상기 제2간격(D2) 및 상기 제3간격(D3)이 형성된 위치와 상기 제1간격(D1)이 형성된 위치 간의 전계분포의 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 의한 기판(S)의 영역별 플라즈마 노출 시간이 다르더라도, 상기 제1간격(D1)이 형성된 위치의 플라즈마의 밀도를 감소시킴으로써, 전계분포를 균일하게 할 수 있으므로, 기판(S)에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 연결부재(143c)는 상기 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극(141b)로부터 상기 제2간격(D2)에 비해 더 작은 제3간격(D3)으로 이격되게 위치할 수 있다. 즉, 상기 내측부재(143a) 및 상기 접지 전극(141b)의 일측면(141b1)이 이격된 제1간격(D1)은 상기 외측부재(143b) 및 상기 접지 전극(141b)의 타측면(141b2)이 이격된 제2간격(D2)보다 크게 형성되고, 상기 연결부재(143c) 및 상기 접지 전극(141b)의 양측면(141b3, 141b4)이 이격된 제3간격(D3)는 상기 제2간격보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 기판 처리장치(100)은 제1간격(D1) 및 상기 제2간격(D2)에서 발생되는 전계분포를 약하게 함으로써, 상기 제3간격(D3), 상기 제2간격(D2) 및 상기 제1간격(D1)이 형성된 위치 간의 전계분포의 편차를 더 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 의한 기판(S)의 영역별 플라즈마 노출 시간이 다르더라도, 상기 제1간격(D1) 및 상기 제2간격(D2)이 형성된 위치의 플라즈마의 밀도를 감소시킴으로써, 상기 갭 공간(GS)의 전계분포를 균일하게 할 수 있으므로, 기판(S)에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 접지 전극(141b)의 측면 및 상기 플라즈마 전극(142)의 측면의 간격(D3)은 상기 챔버 리드(130)의 중심에서 상기 챔버 리드(130)의 외곽을 향할수록 증가 또는 감소될 수 있다.
즉, 상기 연결부재(143c)는 상기 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극(141b)으로부터 이격된 제3간격(D3)이 상기 제1방향을 향할수록 감소되게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제3간격(D3)이 상기 제1방향을 향할수록 감소되게 형성됨에 따라, 상기 내측부재(143a)는 상기 외측부재(143b)보다 더 작은 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1간격(D1) 및 상기 제2간격(D2)은 서로 동일한 간격으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 연결부재(143c)가 상기 제1방향을 향할수록 크기가 증가되도록 형성됨에 따라, 상기 접지 전극(141b)의 일측면(141b1)과 대향되는 상기 플라즈마 전극(142)의 내측면은 상기 플라즈마 전극(142)의 외측면 보다 작은 면적/크기를 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 플라즈마 전극(142)의 윗면이 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 플라즈마는 작은 면적을 갖는 상기 내측부재(143a) 및 상기 접지 전극(141b)의 일측면(141b1) 사이에서 밀도가 작아지게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 플라즈마 전극(142)의 내측면의 면적/크기에 따라 상기 기판(S)의 내측영역의 플라즈마 밀도를 조절함으로써, 상기 기판(S)의 일측 영역과 타측 영역 간의 전계분포의 편차를 더 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 의한 기판(S)의 영역별 플라즈마 노출 시간이 다르더라도 상기 갭 공간(GS)의 전계분포를 균일하게 할 수 있으므로, 기판(S)에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참고하면, 상기 플라즈마 전극(142)은 상기 접지 전극(141b)에서 상기 기판 지지부(120)를 향하는 하측방향으로 감소되게 형성될 수 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 내측부재(143a)는 상기 하측 방향을 향할수록 감소되게 형성될 수 있다. 도 7에는 상기 내측부재(143a) 및 상기 외측부재(143a) 모두 상기 하측방향을 향할수록 감소되게 형성되는 것으로 설명하였으나, 상기 내측부재(143a)만 상기 하측 방향을 향할수록 감소되게 형성될 수도 있다. 또한, 상기 외측부재(143a)는 상기 하측방향을 향할수록 감소되게 형성되되, 상기 내측부재(143a)보다 더 큰 면적/크기를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 전극(142)은 상술한 내측면 및 외측면이 사다리꼴 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 플라즈마 전극(142)의 내측면의 면적/크기에 따라 상기 기판(S)의 내측영역의 플라즈마 밀도를 조절함으로써, 상기 기판(S)의 일측 영역과 타측 영역 간의 전계분포의 편차를 더 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 의한 기판(S)의 영역별 플라즈마 노출 시간이 다르더라도 상기 갭 공간(GS)의 전계분포를 균일하게 할 수 있으므로, 기판(S)에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 기판 처리 장치에서 플라즈마 전극의 변형예를 설명하기 위한 배면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 연결부재(143c)는 상기 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극(141b)으로부터 이격된 제3간격(D3)이 상기 제1방향을 향할수록 감소되게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 내측부재(143a)는 상기 외측부재(143b)에 비해 더 작은 크기로 형성될 수 있다. 즉, 상기 연결부재(143c)가 상기 제1방향을 향할수록 크기가 증가되도록 형성됨에 따라, 상기 접지 전극(141b)의 일측면(141b1)과 대향되는 상기 플라즈마 전극(142)의 내측면은 상기 플라즈마 전극(142)의 외측면 보다 작은 면적/크기를 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 접지 전극(141b) 및 상기 플라즈마 전극(142)의 내측면 사이의 제1간격(D1)은 상기 제2간격(D2) 및 상기 제3간격(D3)보다 더 길게 형성될 수 있다. 또한, 도 9를 참조하면, 상기 연결부재(143c)는 상기 회전중심축(A1)으로부터 상기 제1방향을 향할수록 크기가 증가되게 형성되되, 상기 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극(141b)을 향하는 측면이 곡면을 이루도록 형성될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 플라즈마 전극(142)의 내측면의 면적/크기 및 간격을 조절하여 플라즈마 밀도를 조절함으로써, 상기 플라즈마 전극(142) 및 상기 접지 전극(141b) 사이의 전계분포의 편차를 더 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 기판 지지부(120)의 회전 각속도에 의한 기판(S)의 영역별 플라즈마 노출 시간이 다르더라도, 상기 갭 공간(GS)의 전계분포를 균일하게 할 수 있으므로, 기판(S)에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
이와 같은, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)를 이용한 박막 증착 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(S)을 상기 기판 지지부(120)에 일정한 간격으로 로딩시켜 안착시킨다.
그런 다음, 복수의 기판(10)이 로딩되어 안착된 기판 지지부(120)를 소정 방향(예를 들어, 시계방향)으로 회전시킨다.
이어서, 상기 가스 분사유닛(140)를 이용하여 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG)를 상기 기판 지지부(120) 상에 분사한다. 여기서, 상기 소스 가스(SG) 또는 상기 반응 가스(RG) 중에서 적어도 하나는 상기 플라즈마 전극(142) 및 상기 접지 전극(141b)에 의해 발생되는 플라즈마를 이용하여 플라즈마화된 가스일 수 있다. 다음, 복수의 기판(S) 각각은 상기 기판 지지부(120)의 회전에 따라 상기 가스 분사 영역을 통과함으로써, 상기 소스 가스(SG) 및 상기 반응 가스(RG)에 순차적으로 노출되고, 이로 인해 복수의 기판(S) 각각에는 소스 가스(SG)와 반응 가스(RG)의 상호 반응에 의해 소정의 박막이 증착된다. 도시되지 않았지만, 소정의 박막이 증착된 기판(S)은 기판 지지부(120)의 회전에 따라 트리트먼트 공정을 수행함으로써, 박막의 표면 및 내부에 존재하는 불순물 등이 제거되어 박막의 막질이 개선되게 된다.
일 예로서, 기판(S) 상에 질화티타늄(TiN) 박막을 증착할 경우, 상기 가스 분사유닛(140)은 사염화티타늄(TiCl4) 가스를 포함하는 소스 가스(SG) 및 암모니아(NH3) 가스로 이루어진 반응 가스(RG)를 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 트리트먼트 공정에서 분사되는 트리트먼트 가스는 수소(H2)/질소(N2) 가스로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 기판지지부(120)의 회전에 의해 상기 가스 분사 영역 각각을 통과하는 기판(10) 상에는 상기 소스 가스(SG)와 상기 반응 가스(RG)의 상호 반응에 의해 질화티타늄(TiN)박막이 증착될 수 있다. 상기 질화티타늄(TiN) 박막이 증착된 기판(10)은 상기 트리트먼트 가스에 노출되고, 이로 인해, 기판(S)에 증착된 상기 질화티타늄(TiN) 박막의 표면 및 내부에 존재하는 염소(chlorine) 성분은 트리트먼트 가스와 결합하여 염화수소(HCl) 가스와 질소(N2) 가스로 되어 제거됨으로써, 상기 질화티타늄(TiN) 박막의 계면 특성 등의 막질이 개선된다.
여기서, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치에서는, 기판 지지부(120)의 회전에 따른 ALD 공정에 통해 기판(S) 상에 박막을 증착하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 장치(100)는 기판 지지부(120)의 회전에 따라 복수의 기판(S)을 이동시키면서 이동되는 각 기판(S)에 상기 소스 가스와 상기 반응 가스를 동시에 도달시키는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 기판(S) 상에 소정의 박막을 증착할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 공정 챔버
120: 기판 지지부
130: 챔버 리드 140: 가스 분사유닛
141: 하우징 142: 플라즈마 전극
143: 급전 부재 144: 급전봉
145, 146: 절연부재
130: 챔버 리드 140: 가스 분사유닛
141: 하우징 142: 플라즈마 전극
143: 급전 부재 144: 급전봉
145, 146: 절연부재
Claims (11)
- 공정 공간을 마련하는 공정 챔버;
상기 공정 공간에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 기판 지지부의 상부에 설치되어 하나 이상의 전극모듈을 포함하는 챔버 리드;
상기 전극모듈의 외측에 마련되는 제1 전극; 및
상기 제1 전극의 내측에 마련되는 제2 전극을 포함하고,
상기 챔버 리드의 중심에 인접한 상기 제1 전극의 일측 및 상기 제2 전극의 일측 간의 간격과 상기 챔버 리드의 중심으로부터 이격된 외곽에 인접한 상기 제1 전극의 타측과 상기 제2 전극의 타측 간의 간격은 상이한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 공정 공간을 마련하는 공정 챔버;
상기 공정 공간에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 기판 지지부의 상부에 설치되어 하나 이상의 전극모듈을 포함하는 챔버 리드;
상기 전극모듈의 외측에 마련되는 제1 전극; 및
상기 제1 전극의 내측에 마련되는 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 전극의 측면 및 상기 제2 전극의 측면의 간격은 상기 챔버 리드의 중심에서 상기 챔버 리드의 외곽을 향할수록 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 기판 지지부가 상기 기판을 회전시키기 위한 회전중심축으로부터 이격되게 상기 챔버 리드에 설치되고,
상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 내측에 위치하도록 설치되되, 상기 회전중심축을 향하는 내측부재, 상기 회전중심축으로부터 큰 거리로 이격되게 위치하는 외측부재, 및 상기 내측부재와 상기 외측부재를 연결하는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 내측부재는 상기 회전중심축에서 상기 제1 전극을 향하는 제1방향을 기준으로 상기 제1 전극으로부터 제1간격으로 이격되게 위치하고,
상기 외측부재는 상기 제1방향에 대해 반대되는 제2방향을 기준으로 상기 제1 전극으로부터 상기 제1간격보다 더 작은 제2간격으로 이격되게 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 연결부재는 상기 제1방향에 수직한 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극으로부터 이격된 제3간격이 상기 회전중심축으로부터 상기 제1방향을 향할수록 감소되게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 연결부재는 상기 제1방향에 수직한 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극으로부터 상기 제1간격에 비해 더 작은 제3간격으로 이격되게 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 연결부재는 상기 제1방향에 수직한 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극으로부터 상기 제2간격에 비해 더 작은 제3간격으로 이격되게 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 연결부재는 상기 회전중심축으로부터 상기 제1방향을 향할수록 크기가 증가되게 형성되되, 상기 제1방향에 대해 수직한 제3방향을 기준으로 상기 접지 전극을 향하는 측면이 곡면을 이루며 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 제1 전극에서 상기 기판 지지부를 향하는 하측방향으로 감소되게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제4항에 있어서,
상기 외측부재는 상기 내측부재에 비해 큰 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 회전중심축으로부터 상기 제1방향을 향할수록 크기가 증가되는 사다리꼴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
Priority Applications (2)
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| KR1020150126723A KR102338091B1 (ko) | 2015-09-08 | 2015-09-08 | 기판 처리 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20140093528A (ko) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | 주성엔지니어링(주) | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
-
2015
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Patent Citations (1)
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