KR20210007281A - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열팽창율의 차이를 고려하여 제1 전극과 제2 전극의 위치를 미리 조정함으로써 공정이 진행되어 제1 전극 및 제2 전극의 열팽창이 발생하더라도 상기 제1 전극과 제2 전극이 접촉되어 쇼트가 일어나는 것을 방지할 수 있도록 한 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기판처리장치에 의하면, 공정 진행중 온도 상승으로 인해 제1 전극 및 제2 전극이 열팽창이 일어나더라도 상기 제1 전극과 제2 전극간의 쇼트를 방지할 수 있고, 대면적 기판 처리 장치에서 박막의 균일도를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

기판처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정 조건에 따라 가스의 유속과 체류시간 및 플라즈마 밀도를 조절하여 기판 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 평판 디스플레이 및 태양전지(Solar Cell)등을 제조하기 위해서는 기판 상에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 한다. 이를 위해, 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 증착공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등과 같은 기판에 대한 처리공정이 이루어진다.
이러한 기판에 대한 처리공정은 기판처리장치에 의해 이루어진다. 종래 기술에 따른 기판처리장치는 기판을 처리하는 챔버와, 기판을 지지하는 기판지지부 및 상기 기판지지부의 상측에 배치된 전극부를 포함한다. 종래 기술에 따른 기판처리장치는 상기 전극부를 통해 기판으로 가스를 공급함으로써, 상기 기판에 대한 처리공정을 수행한다.
그러나 종래 기술에 따른 기판처리장치는 하부전극의 가스 인렛 면과 가스 아웃렛 면이 플랫한 형태를 가지며, 상부전극의 중심부와 외곽부의 가스 공급유로의 직경이 동일한 크기를 가진다.
이는 하부전극을 통해 가스를 공급하는 과정에서 가스의 유속과 가스의 체류시간 및 중심부와 외곽부에서의 플라즈마의 밀도차이에 대한 고려가 없었기 때문이며 이로 인해 기판처리 공정의 효율이 떨어지고, 대면적 장치에서 기판에 균일한 박막을 형성하는데 어려움이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기판처리장치의 하부전극인 제2 전극에서 가스가 공급되는 삽입홀의 입구의 개구면적이 중심부를 기준으로 가장자리부로 갈수록 점진적으로 증가되도록 하고, 제2 전극의 하면이 오목한 돔형상의 구조를 갖도록 함으로써, 중심부보다는 가장자리부에서 가스 유속을 감소시켜 가스 체류시간을 증가시키고 플라즈마 밀도를 높여 균일한 박막을 형성하고 기판 처리 공정의 효율을 높일 수 있도록 한 기판처리장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치는, 기판을 처리하기 위한 반응공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 기판을 지지하는 기판지지부; 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 상기 기판에 대향하며 상기 기판측으로 돌출된 복수의 돌출전극을 포함하는 제1 전극; 및 상기 제1 전극의 하부에 위치하고 상기 돌출전극이 삽입되는 복수의 삽입홀이 형성된 제2 전극;을 포함하고, 상기 제2 전극의 삽입홀은 상기 돌출전극이 삽입되는 상면의 제1홀과 상기 상면과 대향하는 하면의 제2 홀을 포함하고, 상기 제1 홀은 제1 개구를 갖고, 상기 제2 홀은 제2 개구를 가지며, 상기 제2 전극의 중심부에서의 상기 제1 개구의 면적과 상기 제2 전극의 가장자리부에서의 상기 제1 개구의 면적은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치는 기판을 처리하기 위한 반응공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 기판을 지지하는 기판지지부; 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 상기 기판에 대향하며, 내부에 제1 가스 분사홀을 구비하며 상기 기판측으로 돌출된 복수의 돌출노즐을 포함하는 제1 분사플레이트; 및 상기 제1 분사플레이트의 하부에 위치하고 상기 돌출노즐이 삽입되며 제2 가스가 분사되는 복수의 제2 가스 분사홀이 형성된 제2 분사플레이트;를 포함하고, 상기 제2 분사플레이트의 제2 가스 분사홀은 상기 돌출노즐이 삽입되는 상면의 제1홀과 상기 상면과 대향하는 하면의 제2 홀을 포함하고, 상기 제1 홀은 제1 개구를 갖고, 상기 제2 홀은 제2 개구를 가지며, 상기 제2 분사플레이트의 중심부에서의 상기 제1 개구의 면적과 상기 제2 분사플레이트의 가장자리부에서의 상기 제1 개구의 면적은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판처리장치에 의하면, 기판처리장치의 하부전극인 제2 전극에서 가스가 공급되는 삽입홀의 입구의 개구면적이 중심부를 기준으로 가장자리부로 갈수록 점진적으로 증가되도록 함으로써, 중심부로부터 가장자리부로 갈수록 가스의 유속이 느려지고 이에 따라 가스의 체류시간이 증가하게 되어 성막에 참여할 수 있는 시간이 길어지도록 한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리장치에 의하면, 제2 전극의 하면이 오목한 돔형상의 구조를 갖도록 함으로써, 제2전극과 기판 사이의 거리가 중심부에서 보다 가장자리부에서 더 가까워지도록 함으로써, 중심부에서의 플라즈마 밀도를 낮추고 가장자리부에서의 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
전체적으로 본 발명은 전극부의 형상 가공을 통해 가스를 공급하는 과정에서 가스 유속과 체류시간 및 플라즈마 밀도 조절을 통해 기판 처리 공정의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 기판처리장치에 의하면, 기판처리장치의 제1 분사플레이트의 돌출노즐이 삽입되며, 제2가스가 분사되는 제2 가스 분사홀의 입구의 개구면적이 중심부를 기준으로 가장자리부로 갈수록 점진적으로 증가되도록 함으로써, 중심부로부터 가장자리부로 갈수록 제1 분사플레이트 및 제2 분사플레이트에서 분사된 가스의 유속이 느려지고 이에 따라 가스의 체류시간이 증가하게 되어 성막에 참여할 수 있는 시간이 길어지도록 한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제1 실시예에 따른 확대도이다.
도 3은 도 2의 "C"부분의 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제2 실시예에 따른 확대도이다.
도 5는 도4의 "D"부분의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제3 실시예에 따른 확대도이다.
도 7은 도 6의 "E"부분의 확대도이다.
도 8은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제4 실시예에 따른 확대도이다.
도 9는 본 발명에 따른 기판처리장치의 다른 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제1 실시예에 따른 확대도이다.
도 11은 도 10의 "C"부분의 확대도이다.
도 12는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제2 실시예에 따른 확대도이다.
도 13은 도12의 "D"부분의 확대도이다.
도 14는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제3 실시예에 따른 확대도이다.
도 15는 도 14의 "E"부분의 확대도이다.
도 16은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제4 실시예에 따른 확대도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 기판처리장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 기판처리장치(100)는, 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 챔버 리드(130), 상기 기판지지부에 대향되는 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 포함하는 전극 모듈(140)을 구비한다.
공정 챔버(110)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간(101)을 제공한다. 이때 공정 챔버(110)의 일측 바닥면은 반응 공간(101)을 배기시키기 위한 배기구(미도시)에 연통될 수 있다.
상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 내부에 설치되며, 복수의 기판(S) 또는 하나의 대면적 기판(S)을 지지한다. 상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 지지축(미도시)에 의해 지지된다. 이때, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 상기의 지지축은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐된다. 한편, 기판 지지부(120)는 구동장치(미도시)에 의해 승강 또는 하강될 수 있으며, 경우에 따라 구동장치의 구동에 의해 회전될 수도 있다.
상기 챔버 리드(130)는 공정 챔버(110)의 상부를 덮도록 설치되어 반응 공간(101)을 밀폐한다. 챔버 리드(130)는 상부 전극인 제1 전극(141)과 하부 전극인 제2 전극(142)을 포함하는 전극 모듈(140)을 지지하며, 전극 모듈 (140)이 삽입되어 착탈 가능하게 결합된다.
상기 챔버 리드(130)의 상면에는 공정 챔버(110) 내부의 전극 모듈(140)에 제1 가스와 제2 가스를 공급하는 제1 가스 공급부(미도시)와 제2 가스 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 가스 공급부(미도시)는 제1 가스 공급라인(151)을 통해 제1 가스인 반응 가스를 전극 모듈(140)에 공급한다. 반응 가스는 플라즈마 형성을 위한 기체나 부수적 반응을 위한 가스를 말한다. 예를 들어, 상기 반응 가스는 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 이산화질소(N2O), 암모니아(NH3), 물(H2O), 또는 오존(O3)등으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 가스 공급부(미도시)는 제2 가스 공급라인(152)을 통해 제2 가스인 소스 가스를 가스 분사 모듈(140)에 공급한다. 소스 가스는 형성하고자 하는 박막의 주성분을 포함하는 가스를 말한다. 예를 들어, 상기 소스 가스는 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 등의 가스로 이루어질 수 있다.
공정 챔버(110)의 외부에는 플라즈마 전원을 공급하기 위한 플라즈마 전원 공급부(미도시)가 설치될 수 있다.
전극 모듈(140)을 구성하는 상기 제1 전극(141) 및 상기 제2 전극(142)은 상기 기판지지부(120)에 대향되도록 공정 챔버의 상부에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 제1 전극(141)은 다각의 평판형 또는 원형의 판형 등의 구조일 수 있다. 상기 돌출전극(141a)은 상기 제1 전극(141)과 일체형이거나 분리형일 수 있으며, 상기 제1 전극(141)과 연결되어 제1 전극(141)과 동일한 전압을 가질 수 있다.
상기 제2 전극(142)은 다각의 평판형 또는 원형의 판형 등의 구조일 수 있으며, 상기 공정 챔버 내에 설치되고 상기 돌출전극(141a)이 관통하는 복수의 삽입홀(142a)이 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제1 실시예에 따른 확대도이며, 도 3은 도 2의 "C"부분의 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면 본 발명에 따른 기판처리장치의 삽입홀(142a)은 상기 돌출전극이 삽입되는 상면의 제1홀(142a1)과 상기 상면과 대향하는 하면의 제2 홀(142a2)을 포함하며, 상기 제1 홀(142a1)은 제1 개구를 갖고, 상기 제2 홀(142a2)은 제2 개구를 갖는다. 이때 제1 개구의 개구면적인 제1 개구면적(Di 1)과 제2 개구의 개구면적인 제2 개구면적(Do 1)이 서로 다르게 형성됨을 알 수 있다.
한편, 상기 제1 개구면적(Di)은 영역별로 서로 다르게 구현될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치의 제1 개구면적(Di)은 상기 제2 전극(142)의 중심부와, 상기 중심부를 둘러싸는 주변부 및 상기 주변부를 둘러싸는 가장자리부에서 각각 서로 다르게 구현될 수 있다. 상기 제2 전극(142)의 중심부에서의 제1 개구면적(Di 1)은 상기 제2 전극의 주변부에서의 제1 개구면적(Di 2, Di 3 …) 및 가장자리부에서의 제1 개구면적(Di n)보다 더 작게 형성될 수 있다.
즉, 제1 개구면적(Di)은 상기 제2 전극(142)의 중심부로부터 주변부를 거쳐 가장자리부로 갈수록 더 커진다. 이와 같이 제1 개구면적(Di)의 크기를 중심부로부터 가장자리부로 갈수록 더 크게 함으로써, 중심부에 비해 가장자리부에서 가스의 유속이 느려지게 되고, 이에 따라 반응공간에서 가스의 체류시간이 늘어나며, 플라즈마 밀도가 증가하게 된다.
상기 제1 개구면적(Di 1)은 삽입홀(142a)이 상기 제2전극(142)의 상면을 관통한 면적이고, 상기 제2 개구면적(Do 1)은 삽입홀(142a)이 상기 제2전극(142)의 하면을 관통한 면적이다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치의 삽입홀(142a)은 돌출전극이 삽입된 방향인 상면에서 하면을 따라 제1 높이(H1) 및 제1 개구를 갖는 제1 영역과, 제2 높이(H2) 및 제2 개구를 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 영역은 제1 홀(142a1)에 대응되는 영역이고 상기 제2 영역은 제2 홀(142a2)에 대응되는 영역이며, 제1 영역과 제1 홀 및 제2 영역과 제2 홀은 각각 동일한 참조번호로 설명하기로 한다.
상기 제1 영역(142a1)은 제1 실시예에 따른 삽입홀(142a)의 상부에 해당된다. 상기 제1 영역은 상하방향(Z축 방향)을 기준으로 제1 개구면적(Di 1)을 가지며 상기 제2 영역(142a2)의 상부에 위치한다. 상기 제1 영역(142a1)은 상단이 상기 제2전극(142)의 상면을 관통하고 하단이 상기 제2 영역(142a2)에 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 제2 영역(142a2)은 제1 실시예에 따른 삽입홀(142a)의 하부에 해당된다. 상기 제2 영역(142a2)은 상하방향을 기준으로 제2 개구면적(Do 2)을 가지며 상기 제1 영역(142a1)의 하부에 위치한다. 상기 제2 영역(142a2)은 상단이 상기 제1 영역(142a1)에 연결되고 하단은 상기 제2전극(142)의 하면을 관통한다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치의 삽입홀(142a)은 제1 높이(H1)와 제1 개구면적(Di 1)을 갖는 제1 영역(142a1)과 제2 높이(H2)와 제2 개구면적(Do 1)을 갖는 제2 영역(142a2을 포함하며, 제2 높이(H2) 및 제2 개구면적(Do 1)을 제1 높이(H1) 및 제1 개구면적(Di 1)보다 크게 함으로써, 제1 영역(142a1)인 제1 홀을 빠져나온 가스가 제2 영역(142a2)인 제2 홀에서 확산되면서 가스의 유속이 느려지게 되고, 이에 따라 반응공간에서 가스의 체류시간이 더욱 길어지게 된다.
이때, 제1 높이(H1)는 제2 높이(H2)에 비해 작게 하는 것이 바람직하다. 이로 인해 제1 영역(142a1)을 빠져나온 가스가 확산되는 영역을 크게 함으로써 가스의 유속이 느려지게 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제2 실시예에 따른 확대도이며, 도 5은 도 4의 "D"부분의 확대도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리장치는 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치와 비교하여 삽입홀(142a)의 하면의 개구가 테이퍼진 형태로 구현된 점에서 차이가 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리장치의 삽입홀(142a)은 제1 높이(H1)를 갖는 제1 영역(142a1)과, 제2 높이(H2)를 갖는 제2 영역(142a2) 및 제4 높이(H4)를 갖는 제4 영역(142a4)을 포함할 수 있다.
상기 제1 영역(142a1)은 제2 실시예에 따른 삽입홀(142a)의 상부에 해당된다. 상기 제1 영역(142a1)은 상하방향을 기준으로 제1 개구면적(Di)을 가지며 상기 제2 영역(142a2)의 상부에 위치한다. 상기 제1 영역(142a1)은 상단이 상기 제2전극(142)의 상면을 관통하고 하단이 상기 제2 영역(142a2)에 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 제2 영역(142a2)은 상기 제1 영역(142a1)의 하부에 위치한다. 상기 제2 영역(142a2)은 상단이 상기 제1 영역(142a1)의 하부에 연결되고 하단이 상기 제4 영역(142a4)에 연결되도록 형성될 수 있다. 상기 제2 영역(142a2)은 상하방향을 기준으로 상단과 하단 모두 제2 개구면적(Do)을 갖는다.
상기 제4 영역(142a4)은 상기 제2 영역(142a2)의 하부에 위치한다. 상기 제4 영역(142a4)은 상하방향을 기준으로 상단은 제2 개구면적(Do 1)을 가지며 하단은 제3 개구면적(Dout 1)을 갖는다. 상기 제4 영역(142a4)은 상단이 제2 영역(142a2)에 연결되며, 하단은 상기 제2전극(142)의 하면을 관통한다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리장치는 삽입홀(142a)의 상면의 개구면적인 제1 개구면적(Di 1)과 삽입홀(142a)의 내부면의 개구면적인 제2 개구면적(Do 2) 및 삽입홀(142a)의 하면의 개구면적인 제3 개구면적(Dout 1)이 서로 다르게 형성됨을 알 수 있다.
본 발명의 제1 실시예와 비교하여, 제3 개구면적(Dout 1)을 제2 개구면적(Do 1)에 비해 크게 하는 경우 제1 영역(142a1) 및 제2 영역(142a2)을 빠져나온 가스가 제4영역(142a4)에서 좀더 확산되면서 가스의 유속이 느려지게 되고, 이에 따라 반응공간에서 가스의 체류시간이 더욱 길어지게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제3 실시예에 따른 확대도이며, 도 7은 도 6의 "E"부분의 확대도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치는 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치와 비교하여 삽입홀(142a)의 중간이 테이퍼진 형태로 구현된 점에서 차이가 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치의 삽입홀(142a)은 제1 높이(H1)를 갖는 제1 영역(142a1)과, 제2 높이(H2)를 갖는 제2 영역(142a2) 및 제3 높이(H3)를 갖는 제3 영역(142a3)을 포함할 수 있다.
상기 제1 영역(142a1)은 제3 실시예에 따른 삽입홀(142a)의 상부에 해당된다. 상기 제1 영역(142a1)은 상하방향(Z축방향)을 기준으로 제1 개구면적(Di)을 가지며 상단이 상기 제2전극(142)의 상면을 관통한다.
상기 제2 영역(142a2)은 제3 실시예에 따른 삽입홀(142a)의 하부에 해당된다. 상기 제2 영역(142a2)은 상하방향을 기준으로 제2 개구면적(Do)을 가지며 상기 제2전극(142)의 하면을 관통한다.
상기 제3 영역(142a3)은 상기 제1 영역(142a1)과 상기 제2 영역(142a2) 사이에 위치하며 상하방향을 기준으로 테이퍼지게 형성될 수 있다. 상기 제3 영역(142a3)은 상하방향을 기준으로 상단은 제1 개구면적(Di)을 가지며 하단은 제2 개구면적(Do)을 갖는다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치는 이러한 구조로 인해 가스가 상기 제1 영역(142a1)에서 상기 제3 영역(142a3)으로 진입하면서 확산이 이루어지게 되고 이에 따라 유속이 감소된 상태로 상기 제3 영역(142a3)과 상기 제2 영역(142a2)을 따라 유동하면서 추가확산이 이루어진다. 따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 삽입홀(142a)은 제1 실시예에 따른 삽입홀(142a)과 비교하여, 가스의 유속을 더욱 감소시킴으로써 가스의 체류시간을 더 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 플라즈마 밀도를 더욱 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 1의"A"부분의 제4 실시예에 따른 확대도이다.
도 8을 참고하면 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판처리장치는 제2 전극(142)의 상면은 제1 전극(142)과 평행한 상태로 형성되나 제2 전극(142)의 하면은 중심부가 움푹 파여진 돔 형태로 형성되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 제2 전극(142)의 하면을 돔 형태로 형성하여 상기 제2전극(142)의 중심부에서의 상기 제2높이(H2)를 상기 제2전극(142)의 가장자리부에서의 상기 제2높이(H2)보다 낮게 함으로써 제2 전극(142)과 기판지지부(120) 사이의 거리가 제2 전극(142)의 중심부로부터 가장자리부로 갈수록 가까워지게 된다.
이로 인해 중심부에서의 플라즈마 밀도를 낮추고 가장자리부에서의 플라즈마 밀도를 증가시켜 줌으로써 대면적 기판 처리장치에 있어서 기판에 균일한 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
한편 제2 전극(142)의 하면은 오목한 모양으로 움푹 파여진 돔 구조 대신 단차를 갖는 구조로 형성할 수도 있다. 이때, 중심부에서의 제2 전극(142)의 하면과 가장자리부에서의 제2 전극(142)의 하면은 5mm 내지 10mm의 높이차(Hd)를 갖는 것이 바람직하다.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극부의 형상 가공을 통해 가스를 공급하는 과정에서 가스 유속과 체류 시간 및 플라즈마 밀도의 조절을 통해 기판 처리 공정의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명에 의한 기판처리장치의 다른 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 9에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 기판처리장치(900)는, 공정 챔버(910), 기판 지지부(920), 챔버 리드(130), 상기 기판지지부에 대향되는 제1 분사플레이트(941)와 제2 분사플레이트(942)를 포함하는 가스 분사 모듈(940)을 구비한다.
공정 챔버(910)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간(901)을 제공한다. 이때 공정 챔버(910)의 일측 바닥면은 반응 공간(901)을 배기시키기 위한 배기구(미도시)에 연통될 수 있다.
상기 기판 지지부(920)는 공정 챔버(910)의 내부에 설치되며, 복수의 기판(S) 또는 하나의 대면적 기판(S)을 지지한다. 상기 기판 지지부(920)는 공정 챔버(910)의 중앙 바닥면을 관통하는 지지축(미도시)에 의해 지지된다. 이때, 공정 챔버(910)의 하면 외부로 노출되는 상기의 지지축은 공정 챔버(910)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐된다. 한편, 기판 지지부(920)는 구동장치(미도시)에 의해 승강 또는 하강될 수 있으며, 경우에 따라 구동장치의 구동에 의해 회전될 수도 있다.
상기 챔버 리드(930)는 공정 챔버(910)의 상부를 덮도록 설치되어 반응 공간(901)을 밀폐한다. 챔버 리드(930)는 제1 가스를 분사하는 제1 분사플레이트(941)와 제2 가스를 분사하는 제2 분사플레이트(942)을 포함하는 가스 분사 모듈(940)을 지지하며, 가스 분사 모듈(940)이 삽입되어 착탈 가능하게 결합된다.
상기 챔버 리드(930)의 상면에는 공정 챔버(910) 내부의 가스 분사 모듈(940)에 제1 가스와 제2 가스를 공급하는 제1 가스 공급부(미도시)와 제2 가스 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 가스 공급부(미도시)는 제1 가스 공급라인(951)을 통해 제1 가스인 반응 가스를 가스 분사 모듈(940)에 공급한다. 반응 가스는 플라즈마 형성을 위한 기체나 부수적 반응을 위한 가스를 말한다. 예를 들어, 상기 반응 가스는 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 이산화질소(N2O), 암모니아(NH3), 물(H2O), 또는 오존(O3)등으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 가스 공급부(미도시)는 제2 가스 공급라인(952)을 통해 제2 가스인 소스 가스를 가스 분사 모듈(940)에 공급한다. 소스 가스는 형성하고자 하는 박막의 주성분을 포함하는 가스를 말한다. 예를 들어, 상기 소스 가스는 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 등의 가스로 이루어질 수 있다.
공정 챔버(910)의 외부에는 플라즈마 전원을 공급하기 위한 플라즈마 전원 공급부(미도시)가 설치될 수 있다.
가스 분사 모듈(940)을 구성하는 상기 제1 분사플레이트(941) 및 상기 제2 분사플레이트(941)는 상기 기판지지부(920)에 대향되도록 공정 챔버의 상부에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 제1 분사플레이트(941)는 반응공간으로 제1 가스를 분사하며, 상기 제2 분사플레이트(942)는 반응공간으로 제2 가스를 분사한다.
상기 제1 분사플레이트(941)는 상기 공정 챔버 내에 설치되며 상기 기판(S) 측으로 돌출된 복수의 돌출노즐(941a)을 포함한다.
상기 제1 분사플레이트(941)의 돌출노즐(941a)에는 상기 제1 가스 공급라인(951)을 통해 제1 가스 공급부(미도시)로부터 공급된 제1 가스가 기판(S)으로 분사될 수 있도록 복수의 제1 가스분사홀(941b)이 형성될 수 있다.
이때 상기 제1가스는 상기 기판(S)에 분사될 수도 있으며, 상기 돌출노즐(941a)의 길이에 따라 상기 돌출노즐(941a)과 상기 제1 가스 분사홀(141b)의 사이에서 분사될 수도 있다.
상기 제1 분사플레이트(941)는 다각의 평판형 또는 원형의 판형 등의 구조일 수 있다. 상기 돌출노즐(941a)은 상기 제1 분사플레이트(941)와 일체형이거나 분리형일 수 있으며, 상기 제1 분사플레이트(941)와 연결되어 제1 분사플레이트(941)와 동일한 전압을 가질 수 있다.
상기 제2 분사플레이트(942)에는 상기 제2 가스 공급라인(952)을 통해 공급된 제2 가스가 기판(S)으로 분사될 수 있도록 복수의 제2 가스분사홀(942a)이 형성될 수 있다.
상기 제2 분사플레이트(942)는 다각의 평판형 또는 원형의 판형 등의 구조일 수 있으며, 상기 공정 챔버 내에 설치되고 상기 돌출노즐(941a)이 관통하는 복수의 제2 가스 분사홀(942a)이 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제1 실시예에 따른 확대도이며, 도 11은 도 10의 "C"부분의 확대도이다.
도 9 내지 도 11을 참고하면 본 발명에 따른 기판처리장치(900)는 제2 가스 분사홀(942a)의 상부의 개구면적인 제1 개구면적(Di 1)과 제2 가스 분사홀 (942a)의 하부의 개구면적인 제2 개구면적(Do 1)이 서로 다르게 형성됨을 알 수 있다.
한편, 상기 제1 개구면적(Di)은 영역별로 서로 다르게 구현될 수 있다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치(900)의 제1 개구면적(Di)은 상기 제2 분사플레이트(942)의 중심부와, 상기 중심부를 둘러싸는 주변부 및 상기 주변부를 둘러싸는 가장자리부에서 각각 서로 다르게 구현될 수 있다. 상기 제2 분사플레이트(942)의 중심부에서의 제1 개구면적(Di 1)은 상기 제2 분사플레이트(942)의 주변부에서의 제1 개구면적(Di 2, Di 3 …) 및 가장자리부에서의 제1 개구면적(Di n)보다 더 작게 형성될 수 있다.
즉, 제1 개구면적(Di)은 상기 제2 분사플레이트(942)의 중심부로부터 주변부를 거쳐 가장자리부로 갈수록 더 커진다. 이와 같이 제1 개구면적(Di)의 크기를 중심부로부터 가장자리부로 갈수록 더 크게 함으로써, 중심부에 비해 가장자리부에서 가스의 유속이 느려지게 되고, 이에 따라 반응공간에서 가스의 체류시간이 늘어나며, 플라즈마 밀도가 증가하게 된다.
상기 제1 개구면적(Di 1)은 제2 가스 분사홀(142a)이 상기 제2 분사플레이트(942)의 상면을 관통한 면적이고, 상기 제2 개구면적(Do 1)은 제2 가스 분사홀(942a)이 상기 제2 분사플레이트(942)의 하면을 관통한 면적이다.
본 발명에 따른 기판처리장치의 제2 가스 분사홀(942a)은 돌출노즐(941a)이 삽입된 방향을 따라 제1 높이(H1)를 갖는 제1 영역(942a1)과, 제2 높이(H2)를 갖는 제2 영역(942a2)을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 영역은 제1 홀(942a1)에 대응되는 영역이고 상기 제2 영역은 제2 홀(942a2)에 대응되는 영역이며, 제1 영역과 제1 홀 및 제2 영역과 제2 홀은 각각 동일한 참조번호로 설명하기로 한다.
상기 제1 영역(942a1)은 제2 가스 분사홀(942a)의 상부에 해당된다. 상기 제1 영역(942a1)은 상하방향(Z축 방향)을 기준으로 제1 개구면적(Di 1)을 가지며 상기 제2 영역(942a2)의 상부에 위치한다. 상기 제1 영역(942a1)은 상단이 상기 제2 분사플레이트(942)의 상면을 관통하고 하단이 상기 제2 영역(942a2)에 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 제2 영역(942a2)은 제2 가스 분사홀(942a)의 하부에 해당된다. 상기 제2 영역(942a2)은 상하방향을 기준으로 제2 개구면적(Do 2)을 가지며 상기 제1 영역(942a1)의 하부에 위치한다. 상기 제2 영역(942a1)은 상단이 상기 제1 영역(942a1)에 연결되고 하단은 상기 제2 분사플레이트(942)의 하면을 관통한다.
즉, 본 발명에 따른 기판처리장치의 제2 가스 분사홀(942a)은 제1 높이(H1)와 제1 개구면적(Di 1)을 갖는 제1 영역(942a1)과 제2 높이(H2)와 제2 개구면적(Do 1)을 갖는 제2 영역(942a2)을 포함하며, 제2 높이(H2) 및 제2 개구면적(Do 1)을 제1 높이(H1) 및 제1 개구면적(Di 1)보다 크게 함으로써, 제1 영역(942a1)을 빠져나온 가스가 제2 영역(942a2)에서 확산되면서 가스의 유속이 느려지게 되고, 이에 따라 반응공간에서 가스의 체류시간이 더욱 길어지게 된다.
이때, 제1 높이(H1)는 제2 높이(H2)에 비해 작게 하는 것이 바람직하다. 이로 인해 제1 영역(942a1)을 빠져나온 가스가 확산되는 영역을 크게 함으로써 가스의 유속이 느려지게 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제2 실시예에 따른 확대도이며, 도 13은 도 12의 "C"부분의 확대도이다.
도 12 및 도 13 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리장치는 도 10 및 도 11에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치와 비교하여 제2 가스 분사홀(942a)의 하면의 개구가 테이퍼진 형태로 구현된 점에서 차이가 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리장치의 제2 가스 분사홀(942a)은 제1 높이(H1)를 갖는 제1 영역(942a1)과, 제2 높이(H2)를 갖는 제2 영역(942a2) 및 제4 높이(H4)를 갖는 제4 영역(942a4)을 포함할 수 있다.
상기 제1 영역(942a1)은 제2 실시예에 따른 제2 가스 분사홀(942a)의 상부에 해당된다. 상기 제1 영역(942a1)은 상하방향을 기준으로 제1 개구면적(Di)을 가지며 상기 제2 영역(942a2)의 상부에 위치한다. 상기 제1 영역(942a1)은 상단이 상기 제2 분사플레이트(942)의 상면을 관통하고 하단이 상기 제2 영역(942a2)에 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 제2 영역(942a2)은 상기 제1 영역(942a1)의 하부에 위치한다. 상기 제2 영역(942a2)은 상단이 상기 제1 영역(942a1)의 하부에 연결되고 하단이 상기 제4 영역(942a4)에 연결되도록 형성될 수 있다. 상기 제2 영역(942a2)은 상하방향을 기준으로 상단과 하단 모두 제2 개구면적(Do)을 갖는다.
상기 제4 영역(942a4)은 상기 제2 영역(942a2)의 하부에 위치한다. 상기 제4 영역(942a4)은 상하방향을 기준으로 상단은 제2 개구면적(Do 1)을 가지며 하단은 제3 개구면적(Dout 1)을 갖는다. 상기 제4 영역(942a4)은 상단이 제2 영역(942a2)에 연결되며, 하단은 상기 제2 분사플레이트(942)의 하면을 관통한다.
도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판처리장치는 제2 가스 분사홀(942a)의 상면의 개구면적인 제1 개구면적(Di 1)과 제2 가스 분사홀(942a)의 내부면의 개구면적인 제2 개구면적(Do 2) 및 제2 가스 분사홀(942a)의 하면의 개구면적인 제3 개구면적(Dout 1)이 서로 다르게 형성됨을 알 수 있다.
본 발명의 제1 실시예와 비교하여, 제3 개구면적(Dout 1)을 제2 개구면적(Do 1)에 비해 크게 하는 경우 제1 영역(942a1) 및 제2 영역(942a2)을 빠져나온 가스가 제4영역(942a4)에서 좀더 확산되면서 가스의 유속이 느려지게 되고, 이에 따라 반응공간에서 가스의 체류시간이 더욱 길어지게 된다.
도 14는 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제3 실시예에 따른 확대도이며, 도 15는 도 14의 "E"부분의 확대도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치는 도 10 및 도 11에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판처리장치와 비교하여 제2 가스 분사홀(942a)의 중간이 테이퍼진 형태로 구현된 점에서 차이가 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치의 제2 가스 분사홀(942a)은 제1 높이(H1)를 갖는 제1 영역(942a1)과, 제2 높이(H2)를 갖는 제2 영역(942a2) 및 제3 높이(H3)를 갖는 제3 영역(942a3)을 포함할 수 있다.
상기 제1 영역(942a1)은 제3 실시예에 따른 제2 가스 분사홀(942a)의 상부에 해당된다. 상기 제1 영역(942a1)은 상하방향(Z축방향)을 기준으로 제1 개구면적(Di)을 가지며 상단이 상기 제2 분사플레이트(942)의 상면을 관통한다.
상기 제2 영역(942a2)은 제3 실시예에 따른 제2 가스 분사홀(942a)의 하부에 해당된다. 상기 제2 영역(942a2)은 상하방향을 기준으로 제2 개구면적(Do)을 가지며 상기 제2 분사플레이트(942)의 하면을 관통한다.
상기 제3 영역(942a3)은 상기 제1 영역(942a1)과 상기 제2 영역(942a2) 사이에 위치하며 상하방향을 기준으로 테이퍼지게 형성될 수 있다. 상기 제3 영역(942a3)은 상하방향을 기준으로 상단은 제1 개구면적(Di)을 가지며 하단은 제2 개구면적(Do)을 갖는다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 기판처리장치는 이러한 구조로 인해 가스가 상기 제1 영역(942a1)에서 상기 제3 영역(942a3)으로 진입하면서 확산이 이루어지게 되고 이에 따라 유속이 감소된 상태로 상기 제3 영역(942a3)과 상기 제2 영역(942a2)을 따라 유동하면서 추가확산이 이루어진다. 따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 가스 분사홀(942a)은 제1 실시예에 따른 제2 가스 분사홀(942a)과 비교하여, 가스의 유속을 더욱 감소시킴으로써 가스의 체류시간을 더 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 플라즈마 밀도를 더욱 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
도 16은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 도 9의"A"부분의 제4 실시예에 따른 확대도이다.
도 16을 참고하면 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판처리장치는 제2 분사플레이트(942)의 상면은 제1 분사플레이트(941)와 평행한 상태로 형성되나 제2 분사플레이트(942)의 하면은 중심부가 움푹 파여진 돔 형태로 형성되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 제2 분사플레이트(942)의 하면을 돔 형태로 형성하여 상기 제2 분사플레이트(942)의 중심부에서의 상기 제2높이(H2)를 상기 제2 분사플레이트(942)의 가장자리부에서의 상기 제2높이(H2)보다 낮게 함으로써 제2 분사플레이트(942)와 기판지지부(120) 사이의 거리가 제2 분사플레이트(942)의 중심부로부터 가장자리부로 갈수록 가까워지게 된다.
이로 인해 중심부에서의 플라즈마 밀도를 낮추고 가장자리부에서의 플라즈마 밀도를 증가시켜 줌으로써 대면적 기판 처리장치에 있어서 기판에 균일한 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
한편 제2 분사플레이트(942)의 하면은 오목한 모양으로 움푹 파여진 돔 구조 대신 단차를 갖는 구조로 형성할 수도 있다. 이때, 중심부에서의 제2 분사플레이트(942)의 하면과 가장자리부에서의 제2 분사플레이트(942)의 하면은 5mm 내지 10mm의 높이차(Hd)를 갖는 것이 바람직하다.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치는 제1 분사플레이트 및 제2 분사플레이트를 포함하는 가스 분사 모듈의 형상 가공을 통해 가스를 공급하는 과정에서 가스 유속과 체류 시간 및 플라즈마 밀도의 조절을 통해 기판 처리 공정의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 기판을 처리하기 위한 반응공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 기판을 지지하는 기판지지부;
    상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 상기 기판에 대향하며 상기 기판측으로 돌출된 복수의 돌출전극을 포함하는 제1 전극; 및
    상기 제1 전극의 하부에 위치하고 상기 돌출전극이 삽입되는 복수의 삽입홀이 형성된 제2 전극;을 포함하고,
    상기 제2 전극의 삽입홀은 상기 돌출전극이 삽입되는 상면의 제1홀과 상기 상면과 대향하는 하면의 제2 홀을 포함하고,
    상기 제1 홀은 제1 개구를 갖고, 상기 제2 홀은 제2 개구를 가지며
    상기 제2 전극의 중심부에서의 상기 제1 개구의 면적과 상기 제2 전극의 가장자리부에서의 상기 제1 개구의 면적은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 홀은
    상기 제2 전극의 중심부에서의 상기 제1 개구의 면적이 상기 제2 전극의 가장자리부에서의 상기 제1 개구의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 홀은
    상기 제2 전극의 중심부에서 상기 가장자리부로 갈수록 상기 제1 개구의 면적이 커지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 삽입홀은
    상기 상면에서 상기 하면을 따라 제1 높이 및 상기 제1 개구를 갖는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역의 하부에서 제2 높이 및 상기 제2 개구를 갖는 제2 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 개구의 면적은 상기 제2 개구의 면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 제3 높이를 갖는 제3 영역을 포함하며,
    상기 제3 영역은 테이퍼진 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 전극의 중심부에서의 상기 제2 높이는 상기 제2 전극의 가장자리부에서의 상기 제2 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 영역의 하부에서 제4 높이 및 제3 개구를 갖는 제4영역을 포함하고,
    상기 제3개구의 면적은 상기 제2 개구의 면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 기판을 처리하기 위한 반응공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 기판을 지지하는 기판지지부;
    상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 상기 기판에 대향하며, 내부에 제1 가스 분사홀을 구비하며 상기 기판측으로 돌출된 복수의 돌출노즐을 포함하는 제1 분사플레이트; 및
    상기 제1 분사플레이트의 하부에 위치하고 상기 돌출노즐이 삽입되며 제2 가스가 분사되는 복수의 제2 가스 분사홀이 형성된 제2 분사플레이트;를 포함하고,
    상기 제2 분사플레이트의 제2 가스 분사홀은 상기 돌출노즐이 삽입되는 상면의 제1홀과 상기 상면과 대향하는 하면의 제2 홀을 포함하고,
    상기 제1 홀은 제1 개구를 갖고, 상기 제2 홀은 제2 개구를 가지며
    상기 제2 분사플레이트의 중심부에서의 상기 제1 개구의 면적과 상기 제2 분사플레이트의 가장자리부에서의 상기 제1 개구의 면적은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제1 홀은
    상기 제2 분사플레이트의 중심부에서의 상기 제1 개구의 면적이 상기 제2 전극의 가장자리부에서의 상기 제1 개구의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제1 홀은
    상기 제2 분사플레이트의 중심부에서 상기 가장자리부로 갈수록 상기 제1 개구의 면적이 커지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 삽입홀은
    상기 상면에서 상기 하면을 따라 제1 높이 및 상기 제1 개구를 갖는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역의 하부에서 제2 높이 및 상기 제2 개구를 갖는 제2 영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 개구의 면적은 상기 제2 개구의 면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 제3 높이를 갖는 제3 영역을 포함하며,
    상기 제3 영역은 테이퍼진 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 분사플레이트의 중심부에서의 상기 제2 높이는 상기 제2 분사플레이트의 가장자리부에서의 상기 제2 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 영역의 하부에서 제4 높이 및 제3 개구를 갖는 제4영역을 포함하고,
    상기 제3개구의 면적은 상기 제2 개구의 면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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