KR20200127507A - 배치식 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는, 복수의 기판이 수용되는 처리공간을 제공하는 튜브, 상기 처리 공간과 구분되고 플라즈마가 형성되는 방전공간을 제공하며, 상기 튜브의 길이 방향을 따라 연장되는 격벽, 상기 복수의 기판이 처리되는 공정에 필요한 공정가스를 상기 방전공간으로 공급하는 가스 공급관, 및 상기 튜브의 길이 방향을 따라 연장되며, 상기 방전공간에 플라즈마를 형성하기 위한 복수의 전극들을 포함하고, 상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 격벽 외부에 배치되고 적어도 어느 하나는 상기 격벽 내부에 배치될 수 있다.

Description

배치식 기판처리장치{Batch type substrate processing apparatus}
본 발명은 배치식 기판처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 공간에서 분해된 공정가스를 처리공간 내부로 제공하는 배치식 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 기판처리장치는 처리공간 내에 처리하고자 하는 기판을 위치시킨 뒤 화학 기상 증착법 또는 원자층 증착법 등을 사용하여 처리공간 내에 주입된 공정가스에 포함된 반응 입자들을 기판 상에 증착시키는 장치이며, 하나의 기판에 대하여 기판처리공정을 수행할 수 있는 매엽식(Single Wafer Type)과 복수개의 기판에 대하여 기판처리공정을 동시에 수행할 수 있는 배치식(Batch Type)이 있다.
일반적으로 배치식 기판처리장치에서는 처리공간을 둘러싸는 핫월(Hot wall)타입의 가열수단에 의해 기판 뿐만 아니라 처리공간의 벽면까지 온도가 높아져 공정가스들이 처리공간의 내부 벽면에도 증착되면서 원하지 않은 박막이 형성되게 되는데, 처리공간 내에서 플라즈마와 같은 공정환경을 조성할 경우 내벽에 증착된 박막이 플라즈마 발생공간에 형성된 자기장이나 전기장 등에 의해 파티클로 떨어져 나오면서 기판처리공정 중에 오염 물질로 작용하는 문제가 있다. 이로 인해 기판 상의 박막의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라 기판에 대한 처리공정의 효율을 저하시키는 문제가 발생하게 된다.
등록특허공보 제10-0734778호
본 발명은 별도의 공간에서 분해된 공정가스를 처리공간 내부로 제공하는 배치식 기판처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는, 복수의 기판이 수용되는 처리공간을 제공하는 튜브, 상기 처리 공간과 구분되고, 플라즈마가 형성되는 방전공간을 제공하며, 상기 튜브의 길이 방향을 따라 연장되는 격벽, 상기 복수의 기판이 처리되는 공정에 필요한 공정가스를 상기 방전공간으로 공급하는 가스 공급관, 및 상기 튜브의 길이 방향을 따라 연장되며 상기 방전공간에 플라즈마를 형성하기 위한 복수의 전극들을 포함하고, 상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 격벽 외부에 배치되고 적어도 어느 하나는 상기 격벽 내부에 배치될 수 있다.
상기 복수의 전극들은 상기 격벽 외부에 배치된 제1 전극 및 상기 격벽 내부에 배치된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 RF 전원에 연결되고, 상기 제2 전극은 접지될 수 있다.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 가스 공급관은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 서로 이격되고, 상기 가스 공급관은 상기 격벽 외부에 배치될 수 있다.
상기 복수의 전극들은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 서로 이격되며 순차로 배치된 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 격벽의 일측 외부에 배치되고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 상기 격벽의 내부에 배치되고, 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 RF 전원에 연결되고, 상기 제2 전극은 접지될 수 있다.
상기 가스 공급관은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 상기 격벽의 타측 외부에 배치될 수 있다.
상기 튜브의 둘레 방향에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 간격은 상기 제2 전극과 상기 제3 전극의 간격보다 클 수 있다.
상기 복수의 전극들은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 서로 이격되며 순차로 배치된 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 상기 격벽의 외부에 배치되며 RF 전원에 연결되고, 상기 제2 전극은 상기 격벽의 내부에 배치되며 접지될 수 있다.
상기 튜브의 둘레 방향에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이의 간격과 동일할 수 있다.
상기 가스 공급관은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 공간 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이의 공간으로 상기 공정가스를 공급하도록 상기 방전공간 외부에 배치된 복수의 가스 공급관들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는, 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극 각각에 서로 다른 크기의 RF 전력을 공급하는 가변 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 RF 전원은 1kHz 내지 10kHz 펄스 주파수의 펄스 형태로 RF 전력을 공급하여 상기 플라즈마를 주기적으로 온/오프시킬 수 있다.
상기 격벽은 상기 튜브의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 가스 공급관으로부터 공급된 공정가스가 처리공간과 구분되는 별도의 방전공간에서 분해된 뒤 처리공간 내부로 제공될 수 있기 때문에 튜브의 내벽에서 파티클이 떨어져 나오는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 플라즈마를 형성하기 위해 RF 전력이 인가되는 전극을 방전공간을 제공하는 격벽 외부에 배치시킴으로써, 플라즈마에 의해 전극 및 보호관이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 가스 공급관을 격벽의 외측에 배치시켜 격벽 내의 방전공간으로 공정가스를 바로 공급하므로, 격벽 내에 와류가 형성되지 않고, 방전공간의 크기를 작게 만들 수 있으므로, 짧은 시간 내에 방전공간에 균일한 압력을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 전극에 펄스 형태의 RF 전력을 공급함으로써, 처리공정 동안에 이온의 밀도는 낮출 수 있는 반면, 라디칼의 밀도는 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 처리공정의 효율을 유지하면서도 플라즈마에 의해 격벽이 손상되는 것을 감소하거나 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 가변 전원 공급부를 사용하여 복수의 전극들 각각에 인가되는 RF 전력의 크기 또는 비율을 조절함으로써 균일한 플라즈마가 형성되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 2의 (a)는 도 1의 평면도를 A-A'를 따라 절개한 단면도이다.
도 2의 (b)는 도 1의 평면도를 B-B'를 따라 절개한 단면도이다.
도 2의 (c)는 도 1의 평면도를 C-C'를 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 RF 전력 공급 방식을 나타내는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 형태의 RF 전력 인가에 의한 이온밀도 및 라디칼 밀도를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 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. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이고, 도 2의 (a)는 도 1의 평면도를 A-A'를 따라 절개한 단면도이며, 도 2의 (b)는 도 1의 평면도를 B-B'를 따라 절개한 단면도이고, 도 2의 (c)는 도 1의 평면도를 C-C'를 따라 절개한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 복수의 기판(S)이 처리되는 처리공간을 제공하는 튜브(110), 상기 처리공간에서 복수의 기판(S)을 제1방향 즉, 튜브(110)의 길이방향으로 적재하는 기판 지지부(140), 튜브(110)와 연통되어 상기 처리공간 내의 공정 잔류물을 외부로 배기하는 배기부(150), 및 상기 처리공간과 구분되고 플라즈마가 형성되는 방전공간을 제공하며 튜브(110)의 길이방향을 따라 연장되는 격벽(135), 복수의 기판(S)이 처리되는 공정에 필요한 공정가스를 상기 방전공간으로 공급하는 가스 공급관(160), 및 튜브(110)의 길이방향을 따라 연장되며, 상기 방전공간에 플라즈마를 형성하기 위한 복수의 전극들(131, 132)을 포함한다.
플라즈마 반응부(130)는 격벽(135) 및 복수의 전극들(131, 132)을 포함하며, 상기 가스 공급관(160)으로부터 공급 받은 공정가스를 플라즈마에 의해 분해하여 상기 튜브(110) 내의 상기 처리공간으로 제공할 수 있다.
튜브(110)는 상부는 폐쇄되고 하부가 개방된 원통 형태로 석영 또는 세라믹 등의 내열성 재료로 형성될 수 있고, 내부에 복수의 기판(S)이 수용되어 처리되는 처리공간을 제공할 수 있다. 튜브(110)의 처리공간은 복수 개의 기판(S)들이 제1방향 즉, 튜브(110)의 길이방향으로 적층된 기판 지지부(140)를 수용하고, 실제 처리공정(예를 들어, 증착 공정)이 이루어지는 공간이다.
기판 지지부(140)는 기판(S)을 지지하기 위한 구성으로서 복수의 기판(S)이 제1방향 즉, 튜브(110)의 길이방향으로 적재되도록 형성되고, 복수의 기판(S)이 각각 개별적으로 처리되는 복수의 단위 처리공간들을 제공할 수 있다. 즉, 기판 지지부(140)는 기판(S)이 제1방향, 즉 튜브(110)의 길이방향으로 적재되도록 복수의 층을 형성하고, 하나의 층(또는 단위 처리공간)에 하나의 기판(S)이 적재될 수 있다. 따라서, 기판 지지부(140)의 각 층에 기판(S)의 단위 처리공간이 개별적으로 형성되어 단위 처리공간들 사이에 간섭이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
복수의 기판(S)이 기판 지지부(140)에 모두 적재되면 기판 지지부(140)는 튜브(110)의 하부(또는 출입구)를 통해 튜브(110) 내의 처리공간으로 이동할 수 있으며, 기판 지지부(140)는 복수의 기판(S)을 안착시켜 지지할 수 있는 형태라면 특별히 그 형태나 구조가 한정되지 않다.
가스 공급관(160)은 복수의 기판(S)을 처리하는 공정에 필요한 공정가스를 플라즈마 반응부(130)를 통해 튜브(110) 내로 공급할 수 있다.
플라즈마 반응부(130)는 튜브(110)의 내측에서 플라즈마가 형성되는 방전공간을 제공하는 격벽(135)에 의해 처리공간과 구분될 수 있다. 플라즈마 반응부(130)는 가스 공급관(160)으로부터 공급받은 공정가스를 플라즈마를 이용하여 분해시키고, 분해된 공정가스 중 라디칼들만을 처리공간 내부로 제공하는 구성요소이다.
격벽(135)은 튜브(110) 내부에 배치되고, 튜브(110)의 내벽에 접속하는 부측벽부들(135a, 135b)와 부측벽부들(135a, 135b) 사이의 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 격벽(135)은 튜브(110)의 내벽으로부터 튜브(110)의 내측으로 연장되고 서로 이격된 부측벽부들(135a, 135b)과 부측벽부들(135a, 135b) 사이에 배치되고 튜브(110)의 내벽과 이격된 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 부측벽부들(135a, 135b) 및 주측벽부(135c)는 튜브(110)의 내벽을 따라 튜브(110)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 다만, 격벽(135)은 처리공간과 구분되는 방전공간을 제공할 수 있는 형태라면 도 1에 도시된 바에 한정되지 않고 다양할 수 있다. 일 실시예에서, 주측벽부(135c)는 부측벽부들(135a, 135b)을 넘어서 튜브(110)의 둘레 방향으로 더 연장되어 튜브(110)보다 작은 직경을 가지는 튜브 형태를 이룰 수 있다.
복수의 전극들(131, 132)은 튜브(110)의 둘레 방향을 따라 서로 이격될 수 있다. 복수의 전극들(131, 132)은 격벽(135)의 일측 외부에 배치된 제1 전극(131) 및 격벽(135) 내부에 배치된 제2 전극(132)을 포함한다. 제1 전극(131)은 RF 전원에 연결되고, 제2 전극(132)은 접지될 수 있다. 제1 전극(131)은 파워 전극으로 지칭되고, 제2 전극(132)은 접지 전극으로 지칭될 수 있다. 제1 전극(131)은 제1 부측벽부(135a)의 외벽에 인접하게 배치되고, 제2 전극(132)은 제2 부측벽부(135b)의 내벽에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)은 복수의 기판(S)이 적재된 제1방향, 즉 튜브(110)의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 이때, 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)은 서로 이격되어 배치되며, 제1 전극(131)에 RF 전력을 인가함으로써 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 생성되는 전기장에 의해 용량성 결합 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma, CCP)가 발생될 수 있다.
한편, 플라즈마를 안정적으로 형성하기 위해 또는 원하는 양의 라디칼을 얻기 위해 인가되는 RF 전력이 높아지게 되면서 높은 에너지를 가지는 이온들에 의해 전극(131, 132)를 보호하는 보호관(170) 및 격벽(135)에 손상이 생기고 파티클이 발생하는 문제가 발생하게 된다. 특히, RF 전력이 인가됨에 따라 높은 에너지를 가지는 이온들이 제1 전극(132)을 향해 가속되어 보호관(170)에 반복적으로 충돌하므로, RF 전력이 인가되는 제1 전극(132)을 보호하는 보호관(170)의 손상이 더 심할 수 있다. 보호관(170)이 손상되면 내부의 전극(132)도 손상되거나 오염될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 방전공간에 플라즈마를 형성하기 위해 RF 전력이 인가되는 제1 전극(131)을 격벽(135) 외부에 배치시킴으로써, 플라즈마에 의해 제1 전극(131) 및 보호관(170)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제1 전극(131)을 격벽(135) 외부에 배치시키는 경우, 제1 전극(131)을 격벽(135) 내부에 배치시키는 경우에 비해, 공정가스 대비 유전율이 높은 격벽(135)이 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 개재됨에 의한 커패시턴스 성분의 증가로 인해 제1 전극(131)의 임피던스가 감소하므로, 플라즈마를 안정적으로 형성하기 위해 또는 원하는 양의 라디칼을 얻기 위해 인가되는 RF 전력을 낮출 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 전기장의 세기가 감소하고, 플라즈마에 의한 격벽(135)의 손상도 감소시킬 수 있다.
그리고, 상기 RF 전원은 제1 전극(131)에 펄스 형태의 RF 전력을 공급할 수 있다. 펄스 형태의 RF 전력은 1kHz ~ 10kHz의 펄스 주파수 영역에서 펄스의 폭과 듀티비(duty ratio)를 조절될 수 있다. 펄스 형태의 RF 전력을 제1 전극(131)에 인가하면, 플라즈마가 주기적으로 온/오프될 수 있고, 즉 플라즈마가 펄스 형태로 발생될 수 있고, 이로 인해 처리공정 동안에 격벽에 손상을 입히고 파티클을 발생시키는 이온의 밀도는 낮출 수 있는 반면, 라디칼의 밀도는 일정하게 유지할 수 있다(도 11 참조). 따라서, 처리공정의 효율을 유지하면서도 플라즈마에 의해 격벽(135)이 손상되는 것을 감소하거나 방지할 수 있다. 일반적으로 RF 전력은 0.1MHz ~ 수백 MHz의 주파수를 가질 수 있다.
제1 전극(131), 제2 전극(132) 및 가스 공급관(160)은 튜브(110)의 둘레 방향을 따라 서로 이격되고, 제2 전극(132)은 제1 전극(131)과 가스 공급관(160) 사이에 배치될 수 있다. 가스 공급관(160)은 격벽(135)의 타측 외부에 배치되고, 즉 격벽(135)의 제2 부측벽부(135b)의 외측에 배치되어 격벽(135) 내의 방전공간으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급관(160)은 제1방향 즉, 튜브(110)의 길이방향으로 배열된 복수의 공급구들(161)을 가질 수 있다.
가스 공급관(160)을 격벽(135) 내에 배치하는 경우, 가스 공급관(160) 주위 공간에 플라즈마가 형성되지 않는 데드존(dead zone)이 형성될 수 있다. 그리고, 격벽(135) 내에 배치된 가스 공급관(160)의 복수의 공급구들이 격벽(135)을 향하도록 배치하는 경우에 격벽(135) 내에 와류가 형성되어 격벽(135) 내의 방전공간에 균일한 압력을 형성하는 데 시간이 소요된다. 본 발명의 일 실시예에서는 가스 공급관(160)을 제2 부측벽부(135b) 외측에 배치시켜 격벽(135) 내의 방전공간으로 공정가스를 바로 공급하므로, 격벽(135) 내에 와류가 형성되지 않고, 짧은 시간 내에 방전공간에 균일한 압력을 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 전극(131) 및 가스 공급관(160)을 격벽(135)의 외측에 배치시킴으로써, 방전공간의 크기를 작게 만들 수 있으므로, 짧은 시간 내에 방전공간에 균일한 압력을 형성할 수 있다.
플라즈마 반응부(130)에는 플라즈마 반응부(130)에서 분해된 공정가스 중 라디칼들을 처리공간으로 분사시키는 복수의 분사구들(120)이 형성될 수 있다. 복수의 분사구들(120)은 격벽(135)의 주측벽부(135c)에 형성될 수 있다. 복수의 분사구들(120)은 가스 공급부(160)으로부터 먼 쪽에 배치되고, 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 가스 공급부(160)으로부터 공급된 공정가스가 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 형성된 플라즈마에 의해 충분히 분해될 수 있고, 높은 밀도의 라디칼들이 처리공간으로 공급될 수 있다. 복수의 분사구들(120)은 복수의 기판들(S) 각각으로 라디칼들을 공급하도록 기판 지지부(140)의 단위 처리공간들에 각각 대응하여 제1방향 즉, 튜브(110)의 길이방향으로 배열될 수 있다.
튜브(110) 내의 처리공간으로 공정가스를 직접 공급한 뒤 처리공간에서 플라즈마를 형성하는 경우에는 플라즈마를 형성하기 위한 자기장이나 전기장에 의해 처리공정이 수행되는 동안 튜브(110) 내벽에 형성된 박막이 파티클로 떨어져 나오는 문제가 생긴다. 본 발명에서는 튜브(110) 내에 별도의 플라즈마 반응부(130)를 구비함으로써, 즉 격벽(135)에 의해 플라즈마가 형성되는 방전공간과 기판(S)이 처리되는 처리공간을 구분시킴으로써, 처리공정이 수행되는 동안 튜브(110) 내벽에 형성된 박막이 파티클로 떨어져 나오는 문제를 방지할 수 있다.
배기부(150)는 플라즈마 반응부(130)와 서로 대향하도록 배치될 수 있다.배기부(150)는 처리공간 내에 배치되어 처리공간 내의 공정 잔류물을 외부로 배기하는 역할을 할 수 있다. 배기부(150)는 제1방향, 즉 튜브(110)의 길이방향으로 연장되는 배기부재(151), 배기부재(151)에 연결되는 배기라인(152) 및 배기펌프(미도시)로 구성될 수 있다. 배기부재(151)는 플라즈마 반응부(130)의 분사구(120)와 대향되고 기판 지지부(140)의 단위 처리공간들에 각각 대응하여 제1방향, 즉 상하방향으로 배열된 복수의 배기구(153)를 구비할 수 있다.
이처럼, 플라즈마 반응부(130)의 분사구(120)와 배기부(150)의 배기구(153)가 서로 대응하여, 기판(S)이 적재되는 제1방향과 교차하는 제2방향(예를 들어, 기판(S)의 표면과 평행한 방향)으로 동일선 상에 위치하기 때문에, 분사구(120)에서 분사되는 라디칼들이 배기구(153)로 유입되면서 라미나 플로우(Laminar Flow)될 수 있다. 따라서, 분사구(120)에서 분사되는 라디칼들이 기판(S)의 상부면으로 균일하게 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)을 감싸는 보호관(170)을 더 포함할 수 있다.
제1 전극(131) 및 제2 전극(132) 각각은 상부로부터 하부에 걸쳐 보호관(170)에 의해 감싸진 상태로 보호될 수 있으며, 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)은 연성을 가지는 편조선으로 이루어질 수 있다.
일반적으로 RF 주파수 사용에 따른 전기 전도는 전류가 표면을 따라 흐르는 표피 효과(Skin Effect)가 발생하는 데, 그물 타입의 그물망 전극을 사용하는 경우에는 빈 공간이 차지하는 면적이 넓기 때문에 적은 표면적으로 인한 큰 저항으로 RF 전력 인가에 비효율적인 문제점이 존재한다. 더욱이, 기판처리공정을 고온과 저온에서 반복적으로 진행하게 되는데 전극이 그물 타입으로 이루어질 경우 변화되는 온도에 따라 그물망 전극의 형상이 불규칙하게 변화되어 형상 유지 측면에서 불리하게 되고, 변화되는 형상에 따라 저항이 달라지기 때문에 RF 전력 인가 시 불균일한 플라즈마가 발생되는 문제점이 있다.
전술한 문제점들을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)은 보호관(170) 내부로 삽입될 뿐만 아니라 빈 공간을 최소화하며 유연성을 가지는 편조 타입(편조선)으로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 빈 공간을 더욱 감소시키기 위하여 각각의 전극 표면에 금속을 코팅하는 방법을 추가적으로 사용할 수도 있다.
보호관(170)은 제1 전극(131) 및 제2 전극(132)의 외부를 둘러쌈으로써 각 전극을 전기적으로 절연시키는 동시에 플라즈마 분위기에 노출되는 전극들을 플라즈마로부터 보호할 수 있고, 이에 따라 전극은 플라즈마에 의해 발생될 수 있는 오염 또는 파티클로부터 안전하게 보호될 수 있다. 보호관(170)은 석영 또는 세라믹 등의 내열성 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 튜브(110) 내의 상기 처리공간으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급관(190)을 더 포함할 수 있다. 소스가스 공급관(190)은 튜브(110) 내에 배치되고, 플라즈마 반응부(130)의 일측에 배치될 수 있다.
공정가스는 1종 이상의 가스 즉, 소스가스 및 소스가스와 반응하여 박막 물질을 반응가스를 포함할 수 있다. 소스가스 공급관(190)은 처리공간으로 바로 소스가스를 공급할 수 있다. 가스 공급관(160)은 처리공간으로 바로 공급하는 소스가스 공급관(190)과 다르게 플라즈마 반응부(130) 내로 먼저 반응가스를 공급할 수 있으며, 반응가스는 플라즈마에 의해 활성화되어 처리공간으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판(S) 상에 증착될 박막 물질이 실리콘 질화물인 경우, 소스가스는 실리콘을 함유하는 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 등을 포함할 수 있고, 반응가스는 질소를 함유하는 가스, NH3, N2O, NO 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소스가스보다 상대적으로 가스 분해 온도가 더욱 높은 반응가스를 플라즈마 반응부(130)로 공급함으로써 플라즈마 반응부(130)에 의해 반응가스가 효과적으로 분해되어 처리공간으로 제공될 수 있다.
기판처리장치는 복수의 기판(S)을 가열하기 위해 튜브(110)를 둘러싸는 가열수단을 더 포함할 수 있다. 그리고, 기판 지지부(140)는 처리공정의 균일성을 위해 기판 지지부(140)의 하부에 연결될 회전수단에 의해 회전될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 플라즈마 반응부(130)는 튜브(110)의 외측에 제공될 수도 있다. 플라즈마 반응부(130)의 구성 및 효과는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일하거나 유사하다.
격벽(135)은 튜브(110)의 외부에 배치되고, 튜브(110)의 외벽에 접속하 는 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b), 및 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b) 사이의 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 격벽(135)은 튜브(110)의 외벽으로부터 튜브(110)의 외측으로 연장되고 서로 이격된 부측벽부들(135a, 135b)과 부측벽부들(135a, 135b) 사이에 배치되고 튜브(110)의 외벽과 이격된 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다.
제1 전극(131)은 제1 부측벽부(135a)에 인접하게 배치되고, 가스 공급관(160)은 제2 부측벽부(135b)의 외측에 배치되어 복수의 공급구들(161)을 통해 격벽(135) 내의 방전공간으로 공정가스를 공급할 수 있다. 튜브(110)는 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 대응되는 위치에 복수의 분사구들(120)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 플라즈마 반응부(130)를 튜브(110)의 외측에 배치함으로써 튜브(110)의 직경이 작아질 수 있고, 이에 따라 튜브(110)가 각각의 기판(S)이 처리되는 단위 처리공간을 한정할 수 있기 때문에 플라즈마 반응부(130)에서 분해된 공정가스들, 즉 라디칼들이 기판 지지부(140)의 단위 처리공간들에서 이상적인 라미나 플로우를 형성할 수 있다. 다시 말해 플라즈마 반응부(130)를 튜브(110)의 외측에 배치함으로써 튜브(110)가 처리공간 내에서 복수의 기판(S)이 적재되어 형성되는 단위 처리공간을 한정할 수 있고, 각 층에 적재된 기판(S)의 단위 처리공간들은 처리공간의 내부 벽면에 의해 한정되어 서로 분리 제공되기 때문에 단위 처리공간과 각각 대응하는 분사구(120)로부터 분사된 라디칼들이 낭비되지 않고 효과적으로 기판(S)의 상부면으로 균일하게 공급되어 라미나 플로우될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 복수의 기판(S)이 처리되는 처리공간을 제공하는 튜브(110), 상기 처리공간에서 복수의 기판(S)을 제1방향 즉, 상하방향으로 적재하는 기판 지지부(140), 튜브(110)와 연통되어 상기 처리공간 내의 공정 잔류물을 외부로 배기하는 배기부(150), 및 튜브(110)로부터 연장되어 상기 처리공간과 구분되고 플라즈마가 형성되는 방전공간을 정의하는 격벽(135), 복수의 기판(S)이 처리되는 공정에 필요한 가스를 격벽(135) 내로 공급하는 가스 공급관(160), 및 격벽(135)에 의해 제공된 상기 방전공간에 플라즈마를 형성하기 위한 복수의 전극들(131, 132, 133)을 포함한다.
격벽(135)은 튜브(110) 내부에 배치되고, 튜브(110)의 내벽에 접속하는 부측벽부들(135a, 135b)와 부측벽부들(135a, 135b) 사이의 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 격벽(135)은 튜브(110)의 내벽으로부터 튜브(110)의 내측으로 연장되고 서로 이격된 부측벽부들(135a, 135b)과 부측벽부들(135a, 135b) 사이에 배치되고 튜브(110)의 내벽과 이격된 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 부측벽부들(135a, 135b) 및 주측벽부(135c)는 튜브(110)의 내벽을 따라 튜브(110)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 주측벽부(135c)는 부측벽부들(135a, 135b)을 넘어서 튜브(110)의 둘레 방향으로 더 연장되어 튜브(110)보다 작은 직경을 가지는 튜브 형태를 이룰 수 있다.
복수의 전극들(131, 132, 133)은 격벽(135) 외부에 배치된 제1 전극(131), 격벽(135) 내부에 배치된 제2 전극(132) 및 제3 전극(133)을 포함한다.
제1 전극(131) 및 제3 전극(133)은 RF 전원에 연결되고, 제2 전극(132)은 접지될 수 있다. 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)은 파워 전극으로 지칭되고, 제2 전극(132)은 접지 전극으로 지칭될 수 있다.
제1 전극(131), 제2 전극(132) 및 제3 전극(133)은 튜브(110)의 둘레 방향을 따라 서로 이격되며 순차로 배치되어 있으며, 제1 전극(131)은 격벽(135)의 일측 외부에 배치되고, 제2 전극(132) 및 제3 전극(133)은 격벽(135)의 내부, 즉 방전공간에 배치될 수 있다. 제1 전극(131)은 격벽(135)의 제1 부측벽부(135a)의 외벽에 인접하게 배치되고, 제3 전극(133)은 제2 부측벽부(135b)의 내벽에 인접하게 배치될 수 있다. 제2 전극(132)은 제1 전극(131)과 제3 전극(133) 사이에 배치될 수 있다. 제1 전극(131), 제2 전극(132) 및 제3 전극(133)은 복수의 기판(S)이 적재되는 방향인 제1방향 즉, 튜브(110)의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 이때, 제1 전극(131) 및 제3 전극(131)에 각각 RF 전력을 인가함으로써 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이에 생성되는 전기장에 의해 용량성 결합 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma, CCP)가 발생될 수 있다.
한편, 공정가스를 플라즈마로 활성화시키기 위해 일반적으로는 2전극 구조에서 1개의 전극에 RF 전력을 인가하여 플라즈마를 형성하게 되는데, 이 경우에는 플라즈마를 안정적으로 형성하기 위한 전원 또는 원하는 양의 라디칼을 얻기 위한 전원이 높아지게 되면서 파티클이 발생하는 문제가 발생하게 된다. 즉, 1개의 전극에 RF 전원이 인가되는 경우에는 원하는 양의 라디칼을 얻기 위해 높은 전력이 인가됨으로 인해 이온화된 입자들이 높은 에너지를 가지게 되고, 이러한 입자들에 의해 전극을 보호하는 보호관(170), 격벽(135)에 손상이 생기고 파티클이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 RF 전력이 각각 인가되는 제1 전극(131) 및 제3 전극(133) 사이에 접지되는 제2 전극(131)이 구비된 3전극 구조를 이용하여 2개의 전극들에 RF 전력을 각각 나누어 공급할 수 있도록 함으로써 플라즈마를 발생하는데 필요한 전력 또는 원하는 양의 라디칼을 얻기 위한 전력을 감소시켜 1개의 전극에 높은 RF 전력을 인가하는 경우에 비해 파티클의 발생이 감소되거나 방지될 수 있도록 하였다.
제1 전극(131)이 격벽(135)의 외측에 배치되고, 제3 전극(133)은 격벽(135)의 내부에 배치되므로, 즉 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 공정가스 대비 높은 유전율을 가지는 격벽(135)이 개재되므로, 제1 전극(131)의 임피던스와 제3 전극(133)의 임피던스가 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(131)의 임피던스가 제3 전극(133)의 임피던스보다 작을 수 있다. 이 경우, 제1 전극(131)과 제2 전극(132)의 간격 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 간격을 조절함으로써, 임피던스를 서로 맞출 수 있다. 예를 들어, 임피던스를 서로 맞추기 위해, 튜브(110)의 둘레 방향에서 제1 전극(131)과 제2 전극(132)의 간격은 제2 전극(132)과 제3 전극(133)의 간격보다 크게 조절될 수 있다. 이로써, 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)에 동일한 RF 전력을 인가하여, 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 공간 및 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 공간에 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(131)과 제2 전극(132)의 간격이 증감되어 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 전기장 세기가 감소되기 때문에, 제1 전극(131)의 주변에 위치한 격벽(135)에 손상이 감소되거나 방지될 수 있다.
한편, 전극들 사이의 간격을 조절하는 대신에, 가변 전원 공급부(180)에서 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)에 서로 다른 크기의 RF 전력을 각각 인가함으로써, 예를 들어, 임피던스가 작은 제1 전극(131)에 더 작은 RF 전력을 인가함으로써, 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 공간 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간에 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(131)에 더 작은 RF 전력이 인가됨으로써, 제1 전극(131)의 주변에 위치한 격벽(135)에 손상이 감소되거나 방지될 수 있다. 제1 전극(131) 및 제3 전극(133) 각각에 서로 다른 크기의 RF 전력을 인가하기 위한 가변 전원 공급부(180)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
일 실시예에서, 상기 RF 전원은 제1 전극(131) 및 제3 전극(131)에 펄스 형태의 RF 전력이 공급될 수 있다. 펄스 형태의 RF 전력은 1kHz ~ 10kHz의 펄스 주파수 영역대에서 펄스의 폭과 듀티비(duty ratio)를 조절될 수 있다. 듀티비는 온 주기와 오프 주기의 비를 의미한다. 펄스 형태의 RF 전력을 제1 전극(131) 및 제3 전극(131)에 인가하면, 플라즈마가 주기적으로 온/오프될 수 있고, 즉 플라즈마가 펄스 형태로 발생될 수 있고, 이로 인해 처리공정 동안에 전극 및 격벽에 손상을 입히고 파티클을 발생시키는 이온의 밀도는 낮출 수 있는 반면, 라디칼의 밀도는 일정하게 유지할 수 있다(도 11 참조). 따라서, 처리공정의 효율을 유지하면서도 플라즈마에 의해 제3 전극(133) 및 격벽(135)이 손상되고 파티클이 발생되는 것을 감소하거나 방지할 수 있다.
가스 공급관(160)은 튜브(110)의 둘레 방향을 따라 격벽(135)의 타측 외부에 배치될 수 있다. 가스 공급관(160)은 튜브(110)의 둘레 방향을 따라 제3 전극(133)과 이격되어 격벽(135)의 제2 부측벽부(135b)의 외측에 배치되어 복수의 공급구들(161)을 통해 격벽(135) 내의 방전공간으로 공정가스를 공급할 수 있다. 가스 공급관(160)은 제1방향 즉, 튜브(110)의 길이방향으로 배열된 복수의 공급구들(161)을 가질 수 있다.
가스 공급관(160)을 격벽(135) 내에 배치하는 경우, 가스 공급관(160) 주위 공간에 플라즈마가 형성되지 않는 데드존(dead zone)이 형성될 수 있다. 그리고, 격벽(135) 내에 배치된 가스 공급관(160)의 복수의 공급구들이 격벽(135)을 향하도록 배치하는 경우에 격벽(135) 내에 와류가 형성되어 격벽(135) 내의 방전공간에 균일한 압력을 형성하는 데 시간이 소요된다. 본 발명의 일 실시예에서는 가스 공급관(160)을 제2 부측벽부(135b) 외측에 배치시켜 격벽(135) 내의 방전공간으로 공정가스를 바로 공급하므로, 격벽(135) 내에 와류가 형성되지 않고, 짧은 시간 내에 방전공간에 균일한 압력을 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 전극(131) 및 가스 공급관(160)을 격벽(135)의 외측에 배치시킴으로써, 방전공간의 크기를 작게 만들 수 있으므로, 공정가스가 고르게 확산되는 시간이 감소될 수 있다. 즉, 짧은 시간 내에 방전공간에 균일한 압력을 형성할 수 있다. 이에 따라 공정가스가 플라즈마에 의해 분해되어 처리공간으로 제공되는 시간도 단축시킬 수 있다.
플라즈마 반응부(130)에는 플라즈마 반응부(130)에서 분해된 공정가스 중 라디칼들을 처리공간으로 분사시키는 복수의 분사구들(120)이 형성될 수 있다. 복수의 분사구들(120)은 격벽(135)의 주측벽부(135c)에 형성될 수 있다. 주측벽부(135c)는 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이에 대응되는 위치에 복수의 분사구들(120)을 포함할 수 있다. 따라서, 가스 공급부(160)으로부터 공급된 공정가스가 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이에 형성된 플라즈마에 의해 충분히 분해될 수 있고, 높은 밀도의 라디칼들이 처리공간으로 공급될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 플라즈마 반응부(130)는 튜브(110)의 외측에 제공될 수도 있다. 플라즈마 반응부(130)의 구성 및 효과는 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일하거나 유사하다.
격벽(135)은 튜브(110)의 외부에 배치되고, 튜브(110)의 외벽에 접속하 는 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b), 및 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b) 사이의 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 격벽(135)은 튜브(110)의 외벽으로부터 튜브(110)의 외측으로 연장되고 서로 이격된 부측벽부들(135a, 135b)과 부측벽부들(135a, 135b) 사이에 배치되고 튜브(110)의 외벽과 이격된 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다.
제1 전극(131)은 제1 부측벽부(135a)의 외벽에 인접하게 배치되고, 제3 전극(133)은 제2 부측벽부(135b)의 내벽에 인접하게 배치될 수 있다. 제2 전극(132)은 제1 전극(131)과 제3 전극(133) 사이에 배치될 수 있다.
가스 공급관(160)은 제2 부측벽부(135b)의 외측에 배치되어 복수의 공급구들(161)을 통해 격벽(135) 내의 방전공간으로 공정가스를 공급할 수 있다.
튜브(110)는 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이에 대응되는 위치에 복수의 분사구들(120)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 플라즈마 반응부(130)를 튜브(110)의 외측에 배치함으로써 튜브(110)가 처리공간 내에서 복수의 기판(S)이 적재되어 형성되는 단위 처리공간을 한정할 수 있고, 각 층에 적재된 기판(S)의 단위 처리공간들은 처리공간의 내부 벽면에 의해 한정되어 서로 분리 제공되기 때문에 단위 처리공간과 각각 대응하는 분사구(120)로부터 분사된 라디칼들이 낭비되지 않고 효과적으로 기판(S)의 상부면으로 균일하게 공급되어 라미나 플로우될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 플라즈마 반응부(130) 및 가스 공급관(160)을 제외한 나머지 구성 및 효과는 도 4의 기판처리장치와 동일하거나 유사하므로, 이하에서는 차이점 위주로 설명한다.
플라즈마 반응부(130)는 격벽(135) 외부에 배치된 제1 전극(131), 격벽(135) 내부에 배치된 제2 전극(132) 및 제3 전극(133)을 포함한다. 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)은 RF 전원에 연결되고, 제2 전극(132)은 접지될 수 있다. 제1 전극(131)은 격벽(135)의 제1 부측벽부(135a)의 외벽에 인접하게 배치되고, 제3 전극(133)은 제2 부측벽부(135b)의 내벽에 인접하게 배치될 수 있다. 제2 전극(132)은 제1 전극(131)과 제3 전극(133) 사이에 배치될 수 있다. 가스 공급관(160)이 제2 부측벽부(135b)의 외측에 배치되지 않아 공정가스의 공급을 위한 공간이 필요 없으므로, 공정가스 제2 전극(132)은 도 4에 비해 제2 부측벽부(135b)의 내벽에 더 인접하게 배치될 수 있다.
복수의 가스 공급관들(160)은 튜브(110)의 외측에, 즉 방전공간의 외부에 배치되고, 즉 제1 내지 제3 전극(131, 132, 133)을 연결하는 선으로부터 외측에 배치되고, 복수의 가스 공급관들(160)의 공급구들(161)은 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간을 각각 향하도록 배치될 수 있다.
복수의 가스 공급관들(160)의 공급구들(161)이 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간을 각각 향하도록 배치하면, 복수의 가스 공급관들(160)의 공급구들(161)을 통해 공급되는 공정가스는 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 방전공간으로 직접적으로 공급될 수 있기 때문에 격벽(135) 내에 와류가 형성되지 않고, 공정가스가 방전공간으로 확산되는 시간이 단축될 수 있어 공정가스의 분해 속도 향상 및 그에 따른 플라즈마 분해율도 향상될 수 있다.
또한, 복수의 가스 공급관들(160)을 튜브(110)의 외측에 배치함으로써, 격벽(135) 및 튜브(110)의 일부로 둘러싸인 방전공간의 크기가 감소될 수 있기 때문에 방전공간으로 공급되는 공정가스가 고르게 확산되는 시간이 감소될 수 있고, 이에 따라 공정가스가 플라즈마 분해되어 처리공간으로 제공되는 시간도 단축시킬 수 있다.
분사구(120)와 공급구(161)는 튜브(110)의 반경방향에 대해 서로 어긋나도록 제공될 수 있다. 분사구(120)와 공급구(161)의 위치가 서로 대응되지 않고 도 6에 도시된 바와 같이 서로 어긋나 있게 되면, 공급구(161)를 통해 공급된 공정가스가 바로 튜브(110)의 분사구(120)로 빠져나가지 않고 플라즈마에 의해 분해되기 위한 시간적 여유를 가질 수 있으므로, 플라즈마 분해 효율이 향상될 수 있다. 공급구(161)를 통해 공급된 공정가스가 플라즈마에 의해 충분히 분해될 수 있고, 높은 밀도의 라디칼들이 처리공간으로 공급될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 플라즈마 반응부(130)는 튜브(110)의 외측에 제공될 수도 있다. 플라즈마 반응부(130)의 구성 및 효과는 도 6을 참조하여 설명한 바와 동일하거나 유사하다.
격벽(135)은 튜브(110)의 외부에 배치되고, 튜브(110)의 외벽에 접속하 는 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b), 및 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b) 사이의 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 격벽(135)은 튜브(110)의 외벽으로부터 튜브(110)의 외측으로 연장되고 서로 이격된 제1 및 제2 부측벽부들(135a, 135b)과 제1 및 제2 부측벽부들(135a, 135b) 사이에 배치되고 튜브(110)의 외벽과 이격된 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다.
제1 전극(131)은 제1 부측벽부(135a)의 외벽에 인접하게 배치되고, 제3 전극(133)은 제2 부측벽부(135b)의 내벽에 인접하게 배치될 수 있다.
복수의 가스 공급관들(160)은 주측벽부(135c)의 외측에, 즉 방전공간의 외부에 배치되고, 즉 제1 내지 제3 전극(131, 132, 133)을 연결하는 선으로부터 외측에 배치되고, 복수의 가스 공급관들(160)의 공급구들(161)은 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간을 각각 향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 플라즈마 반응부(130)를 튜브(110)의 외측에 배치함으로써 튜브(110)가 처리공간 내에서 복수의 기판(S)이 적재되어 형성되는 단위 처리공간을 한정할 수 있고, 각 층에 적재된 기판(S)의 단위 처리공간들은 처리공간의 내부 벽면에 의해 한정되어 서로 분리 제공되기 때문에 단위 처리공간과 각각 대응하는 분사구(120)로부터 분사된 라디칼들이 낭비되지 않고 효과적으로 기판(S)의 상부면으로 균일하게 공급되어 라미나 플로우될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 플라즈마 반응부(130)를 제외한 나머지 구성 및 효과는 도 6의 기판처리장치와 동일하거나 유사하므로, 이하에서는 차이점 위주로 설명한다.
복수의 전극들(131, 132, 133)은 튜브(110)의 둘레 방향을 따라 서로 이격되며 순차로 배치된 제1 전극(131), 제2 전극(132) 및 제3 전극(133)을 포함한다. 복수의 전극들(131, 132, 133)은 격벽(135) 외부에 배치된 제1 전극(131) 및 제3 전극(133), 그리고 격벽(135) 내부에 배치된 제2 전극(132)을 포함한다. 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)은 RF 전원에 연결되고, 제2 전극(132)은 접지될 수 있다. 제1 전극(131)은 격벽(135)의 제1 부측벽부(135a)의 외벽에 인접하게 배치되고, 제3 전극(133)은 제2 부측벽부(135b)의 외벽에 인접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 방전공간에 플라즈마를 형성하기 위해 RF 전력이 인가되는 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)을 격벽(135) 외부에 배치시킴으로써, 플라즈마에 의해 보호관(170), 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)을 격벽(135) 외부에 배치시킴으로써, 격벽(135) 및 튜브(110)의 일부로 둘러싸인 방전공간의 크기가 감소될 수 있기 때문에 방전공간으로 공급되는 공정가스가 고르게 확산되는 시간이 감소될 수 있고, 이에 따라 공정가스가 플라즈마 분해되어 처리공간으로 제공되는 시간도 단축시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 나타내는 평면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 플라즈마 반응부(130)는 튜브(110)의 외측에 제공될 수도 있다. 플라즈마 반응부(130)의 구성 및 효과는 도 6을 참조하여 설명한 바와 동일하거나 유사하다.
격벽(135)은 튜브(110)의 외부에 배치되고, 튜브(110)의 외측면에 접속하 는 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b), 및 제1 부측벽부(135a)와 제2 부측벽부(135b) 사이의 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다. 격벽(135)은 튜브(110)의 외벽으로부터 튜브(110)의 외측으로 연장되고 서로 이격된 제1 및 제2 부측벽부들(135a, 135b)과 제1 및 제2 부측벽부들(135a, 135b) 사이에 배치되고 튜브(110)의 외벽과 이격된 주측벽부(135c)를 포함할 수 있다.
제1 전극(131)은 제1 부측벽부(135a)의 외벽에 인접하게 배치되고, 제3 전극(133)은 제2 부측벽부(135b)의 외벽에 인접하게 배치될 수 있다.
복수의 가스 공급관들(160)은 주측벽부(135c)의 외측에, 즉 제1 내지 제3 전극(131, 132, 133)을 연결하는 선으로부터 외측에 배치되고, 복수의 가스 공급관들(160)의 공급구들(161)은 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간을 각각 향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 플라즈마 반응부(130)를 튜브(110)의 외측에 배치함으로써 튜브(110)가 처리공간 내에서 복수의 기판(S)이 적재되어 형성되는 단위 처리공간을 한정할 수 있고, 각 층에 적재된 기판(S)의 단위 처리공간들은 처리공간의 내부 벽면에 의해 한정되어 서로 분리 제공되기 때문에 단위 처리공간과 각각 대응하는 분사구(120)로부터 분사된 라디칼들이 낭비되지 않고 효과적으로 기판(S)의 상부면으로 균일하게 공급되어 라미나 플로우될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 전력 공급 방식을 나타내는 회로도이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 가변 전원 공급부(180)는, RF 전력을 공급하는 RF 전원(182), RF 전원(182)과 제1 전극(131) 사이 및 RF 전원(182)과 제1 전극(131) 사이에 각각 제공되는 RF 전력의 크기 또는 비율을 조절하는 RF 스플리터(181)을 포함할 수 있다.
도 4 내지 도 7과 같이 제1 전극(131)이 격벽(135)의 외측에 배치되고, 제2 전극(132) 및 제3 전극(133)이 격벽(135) 내부에 배치되는 경우, 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 공간에 형성되는 플라즈마 밀도와 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간에 형성되는 플라즈마 밀도가 서로 다른, 불균일한 플라즈마가 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 균일한 플라즈마가 형성되도록 가변 전원 공급부(180)를 이용하여 제1 전극(131) 및 제3 전극(133) 각각에 인가되는 RF 전력의 크기 또는 비율을 조절할 수 있도록 하였다. RF 스플리터(181)는 전기적으로 연결된 RF 전원(182)로부터 공급되는 RF 전력의 크기 또는 비율을 조절하여 제1 전극(131) 및 제3 전극(133) 각각에 다른 크기의 RF 전력이 인가되도록 할 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9과 같이 제1 전극(131)과 제3 전극(133) 모두가 격벽(135)의 외측에 배치된 경우라도, 여러 요인에 의해서 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132) 및 제3 전극(133) 사이에 각각 형성되는 플라즈마 밀도가 서로 불균일해질 수 있는 데, 본 발명의 일 실시예에서는 가변 전원 공급부(180)에서 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)에 서로 다른 크기의 RF 전력을 각각 인가함으로써, 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이의 공간 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간에 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있다.
가변 전원 공급부(180)는 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132)과 제3 전극(133) 사이의 공간에 각각 제공되어 플라즈마의 방전 특성(방전전류, 방전전압, 위상 등)을 측정하는 탐침봉을 더 포함하고, 상기 탐침봉으로부터 측정된 방전 특성의 차이에 따라 상기 RF 전력의 크기 또는 비율이 조절될 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 균일한 플라즈마가 형성되도록 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)은 2개의 RF 전원(182)에 각각 전기적으로 연결되어 RF 전력을 독립적으로 공급받을 수도 있다.
이와 달리, 도 10의 (b)를 참조하면, 제1 전극(131)과 제2 전극(132) 사이 및 제2 전극(132) 및 제3 전극(133) 사이에 각각 형성되는 플라즈마 밀도가 서로 불균일하지 않은 경우 또는 제1 내지 제3 전극(131, 132, 133) 사이의 간격을 조절할 수 있는 경우에는, 하나의 RF 전원(182)로부터 출력된 RF 전력을 균등하게 분배하여 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)에 공급할 수도 있다.
그리고, RF 전원(182)은 제1 전극(131) 및 제3 전극(133)에 펄스 형태의 RF 전력을 공급할 수 있다. 펄스 형태의 RF 전력은 1kHz ~ 10kHz의 펄스 주파수 영역에서 펄스의 폭과 듀티비(duty ratio)를 조절될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
S : 기판 110 : 튜브
120 : 분사구 130 : 플라즈마 반응부
131 : 제1 전극 132 : 제2 전극
133 : 제3 전극 135 : 격벽
140 : 기판 지지부 150 : 배기부
151 : 배기부재 152 : 배기라인
153 : 배기구 160 : 가스 공급관
161 : 공급구 170 : 보호관
180 : 가변 전원 공급부 181 : 가변 커패시터
182 : RF 전원 190 : 소스가스 공급관

Claims (12)

  1. 복수의 기판이 수용되는 처리공간을 제공하는 튜브;
    상기 처리공간과 구분되며, 플라즈마가 형성되는 방전공간을 제공하며 상기 튜브의 길이 방향을 따라 연장되는 격벽;
    상기 복수의 기판이 처리되는 공정에 필요한 공정가스를 상기 방전공간으로 공급하는 가스 공급관; 및
    상기 튜브의 길이 방향을 따라 연장되며 상기 방전공간에 플라즈마를 형성하기 위한 복수의 전극들;을 포함하고,
    상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 격벽 외부에 배치되고 적어도 어느 하나는 상기 격벽 내부에 배치되는 배치식 기판처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 상기 격벽 외부에 배치된 제1 전극; 및 상기 격벽 내부에 배치된 제2 전극;을 포함하고,
    상기 제1 전극은 RF 전원에 연결되고, 상기 제2 전극은 접지되는 배치식 기판처리장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 가스 공급관은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 서로 이격되고,
    상기 가스 공급관은 상기 격벽 외부에 배치되는 배치식 기판처리장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 서로 이격되며 순차로 배치된 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 격벽의 일측 외부에 배치되고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 상기 격벽의 내부에 배치되고,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 RF 전원에 연결되고, 상기 제2 전극은 접지되는 배치식 기판처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 튜브의 둘레 방향에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이의 간격보다 큰 배치식 기판처리장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스 공급관은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 상기 격벽의 타측 외부에 배치되는 배치식 기판처리장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전극들은 상기 튜브의 둘레 방향을 따라 서로 이격되며 순차로 배치된 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은 상기 격벽의 외부에 배치되며 RF 전원에 연결되고, 상기 제2 전극은 상기 격벽의 내부에 배치되며 접지되는 배치식 기판처리장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 튜브의 둘레 방향에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이의 간격과 동일한 배치식 기판처리장치.
  9. 청구항 4, 청구항 5, 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 가스 공급관은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 공간 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이의 공간으로 상기 공정가스를 공급하도록 상기 방전공간 외부에 배치된 복수의 가스 공급관들을 포함하는 배치식 기판처리장치.
  10. 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극 각각에 서로 다른 크기의 RF 전력을 공급하는 가변 전원 공급부를 더 포함하는 배치식 기판처리장치.
  11. 청구항 2 내지 청구항 8 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 RF 전원은 1kHz 내지 10kHz 펄스 주파수의 펄스 형태로 RF 전력을 공급하여 상기 플라즈마를 주기적으로 온/오프시키는 배치식 기판처리장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 튜브의 내부 또는 외부에 배치되는 배치식 기판처리장치.
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