KR20200033243A - 기판 처리장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리장치의 일 실시예는, 챔버; 상기 챔버에 회전 가능하도록 구비되는 디스크; 상기 디스크에 적어도 하나 배치되고, 상면에 기판이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터에 대향하여 위치하고, 복수의 개구를 가지며, 제1고주파 전력이 인가되는 제1전극; 상기 제1전극의 상부에 상기 제1전극과 일정간격으로 이격되어 배치되고, 접지되는 제2전극; 적어도 일부가 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되고, 공정가스를 분사하는 제1가스분사부; 및 상기 제1가스분사부와 이격되어 배치되고, 공정가스를 분사하는 제2가스분사부를 포함하고, 상기 서셉터는 상기 디스크에 방사형으로 배치되고, 상기 디스크에 대하여 회전하도록 구비되는 것일 수 있다.

Description

기판 처리장치{Substrate processing apparatus}
실시예는, 기판 증착두께의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 증착 및 적층하는 처리공정을 거쳐 제조한다.
반도체 처리공정은 기판상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정 등을 포함한다. 이러한 반도체 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 공정챔버 내부에서 진행된다.
일반적으로, 웨이퍼 등의 원형 기판을 처리하는 장치는 공정챔버 내부에 배치되고, 원형의 디스크에 상기 디스크보다 작은 원형의 서셉터를 복수개 장착한 구조를 가진다.
기판 처리장치에서는, 상기 서셉터에 기판을 안착한 후, 상기 기판에 소스물질을 포함하는 공정가스를 분사하여 원하는 형상의 구조물을 상기 기판에 증착 및 적층하는 방식 또는 식각하는 방식으로 기판 처리를 수행한다.
한편, 기판에 증착공정을 수행하는 경우, 기판 전체에 걸쳐 증착두께 가 불균일해 질 수 있다. 따라서, 이에 대한 조치가 필요하다.
따라서, 실시예는, 기판 증착두께의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리장치에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기판 처리장치의 일 실시예는, 챔버; 상기 챔버에 회전 가능하도록 구비되는 디스크; 상기 디스크에 적어도 하나 배치되고, 상면에 기판이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터에 대향하여 위치하고, 복수의 개구를 가지며, 제1고주파 전력이 인가되는 제1전극; 상기 제1전극의 상부에 상기 제1전극과 일정간격으로 이격되어 배치되고, 접지되는 제2전극; 적어도 일부가 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되고, 공정가스를 분사하는 제1가스분사부; 및 상기 제1가스분사부와 이격되어 배치되고, 공정가스를 분사하는 제2가스분사부를 포함하고, 상기 서셉터는 상기 디스크에 방사형으로 배치되고, 상기 디스크에 대하여 회전하도록 구비되는 것일 수 있다.
상기 디스크는 회전하도록 구비되고, 상기 서셉터는 상기 디스크가 회전함에 따라 자전 및 공전하는 것일 수 있다.
상기 제1가스분사부와 상기 제2가스분사부는 상기 서셉터에 공정가스를 분사하는 분사영역을 형성하고, 상기 분사영역은 이에 대향하여 형성되는 상기 서셉터의 배치영역보다 넓게 형성되는 것일 수 있다.
상기 분사영역은, 상기 서셉터의 공전궤도의 최장직경으로 정의되는 원의 면적보다 큰 면적을 가지도록 구비는 것일 수 있다.
기판 처리장치의 일 실시예는, 상기 제1전극에 대향하는 부위에 상기 제2전극과 결합하고, 상기 제1전극의 상기 개구와 대응하는 복수의 결합홀을 구비하는 제1플레이트를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1가스분사부는, 상기 결합홀에 결합하고, 상기 서셉터 방향으로 제1분사로가 형성되는 전극봉을 포함하는 것일 수 있다.
상기 전극봉의 일부는 상기 제1전극의 상기 개구에 배치되고, 상기 전극봉의 외주면과 상기 개구의 내주면 사이에 이격부위가 형성되며, 상기 이격부위에는 상기 제1고주파 전력이 인가됨에 따라 플라즈마가 형성되는 것일 수 있다.
상기 제1전극 및 상기 전극봉과 이격되어 배치되고, 제2고주파 전력이 인가되는 제3전극을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 제3전극은 상기 디스크 및 상기 서셉터를 포함하고, 상기 서셉터는 정전척으로 구비되는 것일 수 있다.
상기 서셉터에는 직류전력이 인가되는 것일 수 있다.
상기 전극봉의 하단은, 상기 제1전극의 하면과 동일한 위치에 배치되거나 상기 제1전극의 하면보다 더 돌출된 위치에 배치되는 것일 수 있다.
상기 제2가스분사부는, 상기 결합홀을 둘러싸도록 형성되는 복수의 제2분사로를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1고주파 전력이 인가됨에 따라, 상기 제2가스분사부로부터 분사되는 공정가스는 플라즈마로 활성화되는 것일 수 있다.
상기 디스크 및 상기 서셉터에는 상기 제1고주파 전력보다 주파수가 작은 제2고주파 전력이 인가되는 것일 수 있다.
상기 제2고주파 전력이 인가됨에 따라, 상기 제1가스분사부로부터 분사되는 공정가스는 플라즈마로 활성화되는 것일 수 있다.
실시예에서, 성분이 다른 제1공정가스와 제2공정가스를 함께 사용하고, 각각 별도의 플라즈마로 활성화 함으로써, 기판에 분사되는 공정가스 및 공정가스의 플라즈마가 기판 전체에 걸쳐 균일하게 분포하도록 할 수 있다.
실시예에서 서셉터의 자전 및 공전속도를 낮추어 기판의 슬립현상을 억제함과 동시에 기판 전체에 걸쳐 균일한 증착이 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제1플레이트, 전극봉 및 제1전극의 배치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 부분을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 부분을 나타낸 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 디스크와 서셉터의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6은 공정가스의 분사영역과 서셉터의 배치영역의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제1전극의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 제1전극의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 제1전극의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 단면도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 제1플레이트(141), 전극봉(143) 및 제1전극(147)의 배치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 기판(50) 처리장치는 기판(50)이 처리되는 공간인 챔버(10)를 포함할 수 있고, 챔버(10)에는 리드(115)(lid)가 결합될 수 있다. 챔버(10)에는 가스 등을 배출시키기 위한 배출구(112)가 형성될 수 있고, 기판(50)을 반입 또는 반출하기 위한 출입구(미도시)가 형성될 수 있다.
챔버(10)의 내부 하면측에는 기판(50)을 지지하는 지지유닛(120)이 승강가능하게 설치될 수 있다. 지지유닛(120)은 기판(50)이 안치되는 디스크(121)와 서셉터(121a), 일측은 디스크(121)의 하면에 결합되고 타측은 챔버(10)의 외측으로 노출된 지지축(123), 지지축(123)을 승하강 또는 회전시키는 구동부(125) 및 지지축(123)을 감싸는 형태로 설치되어 지지축(123)과 챔버(10) 사이를 실링하는 벨로즈(127) 등을 포함할 수 있다.
구동부(125)에 의하여 기판(50)이 안치되는 디스크(121)와 서셉터(121a)가 승강하므로, 기판(50)에 형성할 박막의 특성에 따라 기판(50)의 위치를 조절할 수 있다.
한편, 상기 서셉터(121a)는 상기 기판(50)을 안정적으로 지지하기 위해 정전척으로 구비될 수 있다. 이를 위해 상기 서셉터(121a)에는 정전기적 인력을 제공하기 위해 직류전력이 인가될 수 있다.
디스크(121)는 상기 챔버(10)에 구비될 수 있고, 회전하도록 구비될 수도 있다. 상기 디스크(121)가 회전하도록 구비되는 경우, 상기 구동부(124)는 회전 가능하도록 구비되어 상기 지지축(123)을 회전시키고, 지지축(123)에 결합되는 디스크(121)는 회전할 수 있다. 서셉터(121a)는 상기 디스크(121)에 적어도 하나 배치되고, 상면에 기판이 안착될 수 있다. 디스크(121)와 서셉터(121a)의 구조는 하기에 구체적으로 설명한다.
리드(115)의 외부 상면에는 기판(50)에 형성할 박막의 특성에 따른 가스를 공급하는 가스공급부(130)가 설치될 수 있고, 가스공급부(130)는 제1가스공급부(131)와 제2가스공급부(135)를 포함할 수 있다.
제1가스공급부(131)는 리드(115)와 가스분사유닛(140)의 상부측을 형성하는 제1플레이트(141)와의 사이에 형성된 제1공간(141a)으로 가스를 공급하고, 제2가스공급부(135)는 제1플레이트(141)의 내부에 형성된 제2공간(141d)(도 4 참조)으로 가스를 공급할 수 있다.
이때, 제1가스공급부(131)는 제1공정가스를 공급할 수 있고, 제2가스공급부(135)는 제1공정가스와 조성이 다른 제2공정가스를 공급할 수 있다. 제1가스공급부(131)가 후술하는 제1가스분사부로 상기 제1공정가스를 공급하고, 제2가스공급부(135)가 후술하는 제2가스분사부로 상기 제2공정가스를 공급할 수 있다.
이때, 제1공정가스는 기판의 증착에 필요한 소스물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1공정가스는 챔버(10) 내부를 퍼지하는 퍼지가스를 포함할 수 있다. 한편, 제2공정가스는 소스물질과 반응할 수 있는 반응물질을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 챔버(10)에서는, 예를 들어, 소스물질을 포함하는 제1공정가스가 분사되고, 그 후 퍼지가스를 포함하는 제1공정가스가 분사되고, 그 후 반응물질을 포함하는 제2공정가스가 분사될 수 있다.
이러한 과정이 한 사이클을 이루고, 이러한 사이클이 복수로 반복되어 상기 기판에 증착공정이 완료될 수 있다.
한편, 제1가스공급부(131)는 제1유로(131a)와 연결되고, 상기 제1유로(131a)를 통해 제1공간(141a)으로 제1공정가스를 공급할 수 있다. 제1공간(141a)으로 유입된 상기 제1공정가스는 상기 제1공간(141a)에서 확산되어 후술하는 제1분사로(143b)를 통해 기판(50)으로 분사될 수 있다.
제2가스공급부(135)는 제2유로(135a)와 연결되고, 상기 제2유로(135a)를 통해 상기 제2공간(141d)으로 제2공정가스를 공급할 수 있다. 제2공간(141d)으로 유입된 상기 제2공정가스는 상기 제2공간(141d)에서 확산되어 후술하는 제2분사로(141e)를 통해 기판(50)으로 분사될 수 있다.
실시예의 기판(50) 처리장치는, 제1전극(147), 제2전극(142), 제3전극, 제1가스분사부, 제2가스분사부, 제1플레이트(141), 제1절연부(145) 및 제2절연부(149)를 포함할 수 있다.
제1전극(147)은 상기 디스크(121) 및 서셉터(121a)에 대향하여 위치하고, 복수의 개구(147a)를 가지며, 제1고주파 전력이 인가될 수 있다. 상기 제1전극(147)에 제1고주파 전력을 인가하기 위해 제1RF전원(21)이 상기 제1전극(147)에 연결될 수 있다.
제2전극(142)은 상기 제1전극(147)의 상부에 상기 제1전극(147)과 일정간격으로 이격되어 배치되고, 접지될 수 있다. 즉, 제2전극(142)은 접지전극의 기능을 하고, 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 접지선과 연결될 수 있다.
제3전극은 상기 제1전극(147) 및 후술하는 전극봉(143)과 이격되어 배치되고, 제2고주파 전력이 인가될 수 있다. 상기 제3전극에 제2고주파 전력을 인가하기 위해 별도의 RF전원이 상기 제3전극에 연결될 수 있다. 다른 실시예로, 상기 제1RF전원(21)이 상기 제3전극에 연결될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예로 상기 제3전극은 상기 디스크(121) 및 서셉터(121a)를 포함할 수 있다. 상기 디스크(121) 및 서셉터(121a)에 제2고주파 전력이 인가되면, 상기 챔버(10) 내부에 플라즈마가 발생할 수 있다.
구체적으로, 상기 디스크(121) 및 서셉터(121a)에 제2고주파 전력이 인가되면, 제1전극(147) 하부에서 기판(50)의 상부에 이르는 공간에 플라즈마가 발생할 수 있다.
한편, 상기 제1전극(147)에 제1고주파 전력이 인가되면 플라즈마가 발생할 수 있는데, 제1고주파 전력에 의해 발생하는 제1플라즈마는 제2고주파 전력에 의해 발생하는 제2플라즈마와 발생위치가 다를 수 있다. 이에 대해서는 하기에 구체적으로 후술한다.
제1가스분사부는 적어도 일부가 상기 제1전극(147)과 상기 제2전극(142) 사이에 배치되고, 공정가스를 분사할 수 있다. 이때, 상기 제1가스분사부로부터 분사되는 공정가스는 상기 제1공정가스일 수 있다.
상기 제1가스분사부는 전극봉(143)을 포함할 수 있다. 상기 전극봉(143)은 제1플레이트(141)에 구비되는 결합홀(141b)에 결합하고, 상기 디스크(121) 및 서셉터(121a) 방향으로 제1분사로(143b)가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1분사로(143b)를 통해 제1공정가스는 기판(50)에 분사될 수 있다.
제2가스분사부는 상기 제1가스분사부와 챔버(10)의 측방향으로 이격되어 배치되고, 공정가스를 분사할 수 있다. 이때, 상기 제2가스분사부로부터 분사되는 공정가스는 상기 제2공정가스일 수 있다.
상기 제2가스분사부는 제2분사로(141e)를 포함할 수 있다. 상기 제2분사로(141e)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 결합홀(141b)을 둘러싸도록 복수로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2분사로(141e)를 통해 제2공정가스는 기판(50)에 분사될 수 있다.
제1플레이트(141)는 상기 제1전극(147)에 대향하는 부위에 상기 제2전극(142)과 결합하고, 상기 제1전극(147)의 상기 개구(147a)와 대응하는 복수의 결합홀(141b)을 구비할 수 있다.
따라서, 상기 전극봉(143)은 상기 제1플레이트(141)에 구비되는 결합홀(141b)에 결합할 수 있고, 제1전극(147), 제1플레이트(141) 및 전극봉(143)은 전기적으로 서로 연결되므로, 제1전극(147)과 마찬가지로, 상기 전극봉(143)은 접지전극의 역할을 할 수 있다.
한편, 상기 제1플레이트(141)는 상기 제2전극(142)과 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1플레이트(141)는 상기 제2전극(142)의 일부로서, 상기 제2전극(142)의 전극봉(143)이 결합하는 부위가 될 수 있다.
제1절연부(145)는 제1플레이트(141)와 제1전극(147)의 가장자리 부위에서 상기 제1플레이트(141)와 제1전극(147) 사이에 배치되어, 상기 제1플레이트(141)와 제1전극(147)을 전기적으로 절연하는 역할을 할 수 있다.
제2절연부(149)는 제1전극(147)과 리드(115) 사이에 배치되어, 상기 제1전극(147)과 리드(115)를 전기적으로 절연하는 역할을 할 수 있다. 한편, 상기 제1절연부(145)와 제2절연부(149)는 전기 절연성이 높은 재질 예를 들어, 세라믹으로 형성할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 제1플레이트(141), 전극봉(143) 및 제1전극(147)의 배치구조를 구체적으로 설명한다. 이때, 도 2는 명확한 설명을 위해, 제1플레이트(141), 전극봉(143) 및 제1전극(147)의 일부분만 도시하였다.
제1플레이트(141)에는 복수의 결합홀(141b)이 형성되고, 상기 각각의 결합홀(141b)에는 전극봉(143)이 결합할 수 있다.
이때, 상기 전극봉(143)은 상기 결합홀(141b)에 탈착 가능하도록 결합할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 상기 결합홀(141b)에는 나사산이 형성되고, 상기 전극봉(143)의 외주면 일부에는 결합홀(141b)의 나사산에 대응하는 나사산이 형성되어, 상기 전극봉(143)은 상기 결합홀(141b)에 나사결합할 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 전극봉(143)에는 제1분사로(143b)가 형성되고, 상기 결합홀(141b) 주위에는 상기 결합홀(141b)을 둘러싸는 복수의 제2분사로(141e)가 형성될 수 있다. 제1분사로(143b)를 통해 제1공정가스가 분사되고, 제2분사로(141e)를 통해 제2공정가스가 분사될 수 있다.
제1전극(147)은 제1플레이트(141)의 하부에 상기 제1플레이트(141)와 일정간격 이격되어 배치되고, 개구(147a)가 형성될 수 있다. 상기 개구(147a)는 상기 전극봉(143)의 개수와 상응하는 개수로 구비되고, 상기 복수의 전극봉(143)들의 일부 즉 하부는 각각 상기 복수의 개구(147a)에 배치될 수 있다.
이때, 상기 개구(147a)의 직경은 상기 전극봉(143)의 외주의 직경보다 크고, 상기 제2분사로(141e)가 상기 개구(147a)와 연통될 수 있도록 형성할 수 있다.
상기 개구(147a)와 상기 전극봉(143)에 의해 형성되는 이격부위(P)를 통해 제2분사로(141e)를 통해 분사되는 제2공정가스가 기판(50)에 원활하게 분사될 수 있도록 하기 위함이다.
도 3은 도 2의 A-A 부분을 나타낸 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1플레이트(141)에는 제1관통홀(141c)이 형성되고, 제1플레이트(141)에도 통공이 형성되며, 상기 전극봉(143)에는 제1분사로(143b)가 형성될 수 있다.
상기 제1관통홀(141c), 상기 통공 및 제1분사로(143b)는 서로 연통되도록 구비될 수 있다. 따라서, 제1공정가스는 제1가스공급부(131)로부터 제1유로(131a)를 통해 리드(115)와 제2전극(142) 사이에 형성되는 제1공간(141a)으로 유입되고, 상기 제1공간(141a)에서 상기 제1공정가스는 확산될 수 있다.
제1공간(141a)에서 확산된 제1공정가스는 상기 제1관통홀(141c), 상기 통공 및 제1분사로(143b)를 통해 상기 기판(50)으로 분사될 수 있다.
이때, 제1분사로(143b)로부터 분사되는 제1공정가스는 디스크(121) 및 서셉터(121a)에 인가되는 제2고주파 전력에 의해 제1전극(147)과 기판(50) 사이에서 제2플라즈마로 활성화되어 기판(50)의 증착공정을 진행할 수 있다. 즉, 상기 제2플라즈마로 활성화되는 가스는 제1공정가스이다.
도 4는 도 2의 B-B 부분을 나타낸 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1전극(147)에는 상기 결합홀(141b)을 둘러싸도록 형성되는 복수의 제2분사로(141e)가 형성될 수 있다.
상기 제2분사로(141e)의 상단은 상기 제2전극(142)의 내부에 상기 제1플레이트(141)와 경계부위에 형성되는 제2공간(141d)과 연통될 수 있고, 상기 제2분사로(141e)의 하단은 상기 개구(147a)와 연통될 수 있다.
따라서, 제2공정가스는 제2가스공급부(135)로부터 제2유로(135a)를 통해 상기 제2공간(141d)으로 유입되고, 상기 제2공간(141d)에서 상기 제2공정가스는 확산될 수 있다.
제2공간(141d)에서 확산된 제2공정가스는 상기 제2유로(135a)를 통해 기판(50)으로 분사될 수 있다. 이때, 제2분사로(141e)로부터 분사되는 제2공정가스는 제1RF전원(21)으로부터 인가되는 제1고주파 전력에 의해 제1플라즈마로 활성화되어 기판(50)의 증착공정을 진행할 수 있다. 즉, 상기 제1플라즈마로 활성화되는 가스는 제2공정가스이다.
실시예에서, 서로 다른 유동경로를 통과하는 제1공정가스와 제2공정가스를 순차적으로 사용함으로써, 기판(50)이 증착되는 시간이 단축되고, 따라서 기판(50)의 증착공정을 진행하는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 제1공정가스와 제2공정가스를 서로 다른 RF전력을 사용하여 각각 플라즈마로 활성화함으로써, 각 공정가스들의 에너지 준위를 높여 증착성능을 높일 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 전극봉(143)의 일부는 상기 제1전극(147)의 상기 개구(147a)에 배치되고, 상기 전극봉(143)의 외주면과 상기 개구(147a)의 내주면 사이에 이격부위(P)가 형성될 수 있다.
상기 이격부위(P)에는 상기 제1고주파 전력이 인가됨에 따라 상기 제1플라즈마가 형성될 수 있다. 즉, 제1전극(147)과 제2전극(142)은 제1절연부(145)에 의해 서로 절연되고, 상기 이격부위(P)가 제1전극(147)과 제2전극(142) 사이의 방전공간이 되기 때문이다.
따라서, 상기 개구(147a)에 형성되는 이격부위(P)에 상기 제1플라즈마가 형성되므로, 챔버(10)의 측방향으로 균일한 제1플라즈마의 형성이 가능하고, 이에 따라 제1플라즈마로 활성화되는 제2공정가스는 기판(50)에서 균일하게 분포할 수 있다.
한편, 상기 제1플라즈마의 발생범위를 늘이기 위해 상기 이격부위(P)는 되도록 크게 구비되는 것이 적절할 수 있다. 이를 위해, 상기 전극봉(143)의 하단은 상기 제1전극(147)의 하면과 동일한 위치에 배치되거나 상기 제1전극(147)의 하면보다 더 돌출된 위치 즉, 하측에 배치되는 것이 적절할 수 있다.
도 3 및 도 4에서, 상기 전극봉(143)의 하단이 상기 제1전극(147)의 하면보다 상측에 배치되는 경우, 전극봉(143)의 하단과 제1전극(147)의 하면의 높이차 만큼 상기 이격부위(P)가 줄어들 수 있기 때문이다.
한편, 상기 이격부위(P)에 발생하는 제1플라즈마는 상기 제1전극(147)과 기판(50) 사이에 발생하는 제2플라즈마보다 그 밀도가 낮을 수 있다. 이는 상기 제1플라즈마와 상기 제2플라즈마의 방전공간의 차이 등에 기인한다.
따라서, 제1플라즈마와 제2플라즈마의 밀도의 차이를 줄이기 위해, 상기 디스크(121) 및 서셉터(121a)에는 상기 제1고주파 전력보다 주파수가 작은 제2고주파 전력을 인가하여 상기 제2플라즈마의 밀도를 낮출 수도 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 디스크(121)와 서셉터(121a)의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디스크(121)는 상기 챔버(10)에 회전 가능하도록 구비될 수 있다.
서셉터(121a)는 상기 디스크(121)에 배치되고, 상면에 기판이 안착될 수 있다. 서셉터(121a)가 상기 디스크(121)에 장착되기 위해서는, 예를 들어, 상기 디스크(121)에 서셉터(121a)의 장착을 위한 관통구, 함몰홈 등이 형성될 수 있다.
상기 서셉터(121a)는 상기 디스크(121)에 방사형으로 배치되고, 상기 디스크(121)에 대하여 회전하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 디스크(121)가 회전하도록 구비되는 경우, 상기 서셉터(121a)는 상기 디스크(121)가 회전함에 따라 자전 및 공전할 수 있다. 이때, 상기 서셉터(121a)의 공전은 상기 디스크(121)가 회전함으로 인해 이루어질 수 있다.
상기 서셉터(121a)의 자전은, 예를 들어, 별도의 구동장치를 설치하여 상기 서셉터(121a)를 회전시키거나, 상기 디스크(121)가 회전하면 상기 서셉터(121a)가 자전하도록 하는 커플링 장치를 사용하여 구현할 수 있다. 상기 커플링 장치는, 예를 들어, 마그네트 커플링, 기어 커플링, 체인 커플링 등으로 구비될 수 있다.
한편, 상기 디스크(121)의 회전방향과 상기 서셉터(121a)의 자전방향은 동일하게 구현될 수도 있고, 서로 다르게 구현될 수도 있다.
기판 처리공정 수행 중 상기 서셉터(121a)가 자전 및 공전하는 경우, 상기 서셉터(121a)에 장착되는 기판은 그 증착면 전체에 걸쳐 균일한 증착이 이루어질 수 있다.
한편, 상기한 제1가스분사부와 제2가스분사부를 구비한 가스 분사구조를 사용함으로써, 공정가스는 상기 기판에 매우 균일하게 분사될 수 있으므로, 상기 서셉터(121a)의 자전 및 공전속도를 줄일 수 있다.
즉, 종래의 가스 분사구조, 예를 들어 제1가스분사구만 구비하는 가스 분사구조에 비해, 실시예의 가스 분사구조는 공정가스를 기판에 매우 균일하게 분사할 수 있다.
따라서, 종래의 가스 분사구조를 사용하는 경우 기판에 균일한 증착을 이루기 위해 서셉터(121a)의 자전 및 공전속도를 과도하게 높게, 예를 들어 서셉터(121a)의 자전 및 공전속도를 40rpm 정도로 설정하였고, 이러한 높은 회전속도로 인해 기판이 서셉터(121a)로부터 이탈하는 기판 슬립(slip)현상이 발생하였다.
그러나, 실시예의 가스 분사구조는 종래의 가스 분사구조에 비해 공정가스를 기판에 매우 균일하게 분사할 수 있으므로, 종래에 비해 서셉터(121a)의 자전 및 공전속도를 낮추어, 예를 들어 서셉터(121a)의 자전 및 공전속도를 20rpm 정도로 설정하여 기판의 슬립현상을 효과적으로 억제할 수 있다.
따라서, 실시예에서 서셉터(121a)의 자전 및 공전속도를 낮추어 기판의 슬립현상을 억제함과 동시에 기판 전체에 걸쳐 균일한 증착이 가능하다.
도 6은 공정가스의 분사영역(IA)과 서셉터(121a)의 배치영역(SA)의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 챔버(10)의 하부에서 제1전극(147) 방향으로 바라본 것이고, 은선으로 도시된 서셉터(121a)는 설명을 위해 챔버(40)의 상하방향으로 제1전극(147)과 대향시킨 것이다.
상기 제1가스분사부와 상기 제2가스분사부는 상기 서셉터(121a)에 공정가스를 분사하는 분사영역(IA)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 분사영역(IA)은 예를 들어, 제1플레이트(141)의 최외곽에 배치되는 전극봉(143)들에 형성되는 제1분사로(143b)들을 서로 이은 폐곡선의 내부로 정의될 수 있다.
이때, 상기 폐곡선은 상기 제1분사로(143b)를 포함하는 최외곽 전극봉(143)들의 배치형상에 따라 원형, 타원형, 다각형 기타 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
이때, 상기 분사영역(IA)은 이에 대향하여 형성되는 상기 서셉터(121a)의 배치영역(SA)보다 넓게 형성될 수 있다. 상기 서셉터(121a)의 배치영역(SA)은, 예를 들어, 상기 서셉터(121a)의 공전궤도의 최장직경(LD)으로 정의되는 원의 내부로 정의될 수 있다.
또한, 상기 분사영역(IA)은 상기 배치영역(SA) 즉, 상기 서셉터(121a)의 공전궤도의 최장직경(LD)으로 정의되는 원의 면적보다 큰 면적을 가지도록 구비될 수 있다.
예를 들어, 전극봉(143)과 제1분사로(143b)를 포함하는 상기 제1가스분사부, 및 제2분사로(141e)를 포함하는 상기 제2가스분사부는, 일부가 상기 서셉터(121a)의 공전궤도의 최장직경(LD)으로 정의되는 원의 외부에 상기 원을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이로 인해, 상기 분사영역(IA)은 상기 상기 서셉터(121a)의 배치영역(SA)보다 넓게 형성될 수 있다.
분사영역(IA)이 서셉터(121a)의 배치영역보다 넓게 형성됨으로써, 상기 서셉터(121a)에 장착되는 기판의 가장자리 부위에도, 상기 기판의 중앙부와 마찬가지로, 충분한 공정가스가 공급되므로, 상기 기판 전체에 걸쳐 공정가스가 균일하게 분사될 수 있다.
도 7은 제1전극(147)의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 챔버(10)의 하부에서 제1전극(147)을 바라본 것이고, 이는 하기 도 8 및 도 9에서도 동일하다.
실시예의 제1전극(147)에는 커버플레이트(147-1)가 장착될 수 있다. 상기 커버플레이트(147-1)에 대응되는 부위에는 상기 제1분사로(143b)와 상기 제2분사로(141e)를 포함하는 분사유닛(IU)이 배치될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실시예의 제1전극(147)에는 외측원과 내측원을 가진 도넛형상의 커버플레이트(147-1)가 상기 제1전극(147)에 착탈 가능하도록 구비될 수 있고 상기 커버플레이트(147-1)에 대응하는 부위에만 분사유닛(IU)이 배치될 수 있다.
따라서, 상기 제1전극(147)의 중앙부에는 분사유닛(IU)이 배치되지 않을 수 있다. 이는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극(147)에 대향하여 방사형으로 배치되는 복수의 서셉터(121a)들이 상기 디스크(121)의 중앙부에 배치되지 않으므로, 상기 제1전극(147)의 중앙부에 분사유닛(IU)을 배치할 필요가 없기 때문이다.
상기한 이유로 인해 하기에 설명되는 도 8 및 도 9에서도 제1전극(147)의 중앙부에는 분사유닛(IU)이 배치되지 않을 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 실시예의 제1전극(147)구조를 사용하는 경우, 상기 디스크(121)와 상기 서셉터(121a)가 동시에 회전하는 경우, 또는 상기 디스크(121)가 회전하지 않고 상기 서셉터(121a)만 회전하는 경우 모두에 사용될 수 있다.
도 8은 제1전극(147)의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예의 제1전극(147)에는 방사형으로 배치되는 부채꼴 형상의 복수의 커버플레이트(147-1)가 상기 제1전극(147)에 착탈 가능하도록 구비될 수 있고, 상기 커버플레이트(147-1)에 대응하는 부위에만 분사유닛(IU)이 배치될 수 있다.
도 8에 도시된 실시예의 제1전극(147)구조를 사용하는 경우, 도 7에 도시된 실시예와 마찬가지로, 상기 디스크(121)와 상기 서셉터(121a)가 동시에 회전하는 경우, 또는 상기 디스크(121)가 회전하지 않고 상기 서셉터(121a)만 회전하는 경우 모두에 사용될 수 있다.
도 9는 제1전극(147)의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 실시예의 제1전극(147)에는 방사형으로 배치되는 원형의 복수의 커버플레이트(147-1)가 상기 제1전극(147)에 탈착 가능하도록 구비될 수 있고, 상기 커버플레이트(147-1)에 대응하는 부위에만 분사유닛(IU)이 배치될 수 있다.
상기 커버플레이트(147-1)는 상기 서셉터(121a)와 대향하는 위치에 상기 서셉터(121a)와 동일한 개수로 구비될 수 있다. 따라서, 각 커버플레이트(147-1)에 대응하는 부위에 배치된 분사유닛(IU)들은 이에 대향하는 부위에 위치하는 각 서셉터(121a)에 제1공정가스와 제2공정가스를 분사할 수 있다.
이러한 구조로 인해, 도 9에 도시된 실시예의 제1전극(147)은 특히, 디스크(121)가 회전하지 않고 서셉터(121a)만 회전하는 구조를 가진 기판 처리장치에서 효과적으로 사용될 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
120: 지지유닛
121: 디스크
121a: 서셉터
130: 가스공급부
131: 제1가스공급부
135: 제2가스공급부
141: 제1플레이트
142: 제2전극
143: 전극봉
145: 제1절연부
147: 제1전극
149: 제2절연부

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버에 구비되고 상면에 기판이 안착되는 서셉터;
    상기 서셉터에 대향하여 위치하고 복수의 개구를 가지는 제1 전극;
    상기 제1 전극의 상부에서 상기 제1 전극과 일정간격으로 이격되어 배치되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극의 상기 복수의 개구를 통해 상기 기판으로 공정가스를 분사하는 분사유닛;을 포함하고,
    상기 분사유닛은,
    상기 제1 전극 상에서 환형 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  2. 챔버;
    상기 챔버에 구비되고 상면에 기판이 안착되는 서셉터;
    상기 서셉터에 대향하여 위치하고 복수의 개구를 가지는 제1 전극;
    상기 제1 전극의 상부에서 상기 제1 전극과 일정간격으로 이격되어 배치되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극의 상기 복수의 개구를 통해 상기 기판으로 공정가스를 분사하는 분사유닛;을 포함하고,
    상기 분사유닛은,
    상기 제1 전극의 중앙부에 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극의 중앙부와 대향하는 일 영역에는 기판이 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 분사유닛은
    적어도 일부가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되어 공정가스를 분사하는 제1 분사로; 및
    상기 제1 분사로와 이격되어 공정가스를 분사하는 제2 분사로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 분사유닛은
    상기 제2 전극에 결합하는 전극봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전극봉에는 상기 제1분사로가 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 전극봉은 상기 제1 전극의 개구에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전극봉의 외주면과 상기 개구의 내주면 사이에는 이격부위가 형성되고,
    상기 제2 분사로에서 분사되는 공정가스는 상기 이격부위를 통해 상기 기판으로 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 RF 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 서셉터는 RF전원이 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100066874A (ko) * 2008-12-10 2010-06-18 주식회사 아이피에스 복수기판 처리장치
KR20160044102A (ko) * 2014-10-14 2016-04-25 참엔지니어링(주) 가스 분배 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치

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