KR20210147553A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20210147553A
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김기범
김정국
배종태
장대수
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

일 실시 예에 의한 기판처리장치는, 내부에 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되는 서셉터; 및 상기 서셉터와 대향하는 플레이트의 일면에 다각 형상으로 개구된 복수의 분사홀을 갖는 가스분사유닛;을 포함하고, 상기 복수의 분사홀 각각은, 상기 서셉터의 상면과 평행한 가상의 평면에 대하여, 제1 각도로 테이퍼진 제1 경사면과 제2 각도로 테이퍼진 제2 경사면을 포함할 수 있다.

Description

기판처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서셉터와 대향하는 가스분사유닛에 다각 형상으로 개구된 다수의 분사홀을 형성하여 기판의 박막 균일도를 향상시킬 수 있는 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다.
도 1은 일반적인 기판처리장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가스분사판의 저면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 상에 박막을 증착하기 위한 일반적인 기판처리장치(10)는 내부에 반응공간(S')을 제공하는 챔버(11), 적어도 하나 이상의 가스를 공급하는 가스공급수단(13), 가스공급수단(13)과 연결되어 기판(w)의 상부로 가스를 분사하는 가스분사수단(15), 가스분사수단(15)의 하부에 설치되어 기판(w)을 안치하는 기판안치수단(17), 및 외부로 가스를 배출하는 가스배출수단(19)으로 구성된다. 이때, 가스분사수단(15)에는 플레이트 (15a)의 일면과 타면을 관통하는 복수의 분사홀(15b)이 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 분사홀(15b)은 기판안치수단(17) 과 마주하는 플레이트(15a)의 타면 상에 동심원의 형태로 개구되어 형성되고, 상기 플레이트(15a)의 타면은 상기 분사홀(15b)이 형성되지 않는 영역(이하, "데드 스페이스(dead space, 15c)"라고 칭함)을 포함한다.
이때, 도 1 내지 도 2에 도시된 일반적인 기판처리장치(10)를 이용하여 증착공정을 실행하면, 데드 스페이스(15c)에 잔류한 전구체와 반응가스에 의해서 불완전한 반응물로 파티클(particle)이 생성되고, 상기 파티클은 기판(w)에 영향을 끼쳐 챔버의 가동율을 떨어뜨리고 생산 수율을 저하시킨다.
또한, 상기 데드 스페이스(dead space)와 대응되는 기판(w)의 적어도 일 영역과 그 이외의 타 영역으로 분사되는 가스의 유량이 일정하지 않아 증착되는 박막의 균일도가 저하되고, 이는 제품의 품질에 악영향을 미치는 요인으로 작용한다.
실시 예는 종래 기술의 한계점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 서셉터와 대향하는 가스분배판의 표면을 다각형상으로 개구하여 분사홀이 형성되지 않는 영역을 최소화함으로써, 파티클의 생성을 억제하고 증착박막의 균일도 저하를 방지할 수 있는 기판처리장치를 제공하기 위한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시 예는, 내부에 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되는 서셉터; 및 상기 서셉터와 대향하는 플레이트의 일면에 다각 형상으로 개구된 복수의 분사홀을 갖는 가스분사유닛;을 포함하고, 상기 복수의 분사홀 각각은, 상기 서셉터의 상면과 평행한 가상의 평면에 대하여, 제1 각도로 테이퍼진 제1 경사면과 제2 각도로 테이퍼진 제2 경사면을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 상이할 수 있다.
상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 중 적어도 하나는 수직일 수 있다.
상기 가스분사유닛은, 서로 이웃하는 상기 분사홀을 공간적으로 분리하는 격벽을 포함할 수 있다.
상기 복수의 분사홀 각각은, 상기 플레이트의 타면으로부터 수직하게 관통되고 직경이 일정한 제1 분사홀;과 상기 플레이트의 일면을 향하여 직경이 점차 증가되도록 테이퍼진 제2 분사홀;을 포함할 수 있다.
상기 제1 분사홀과 상기 제2 분사홀 사이에 제3 분사홀;을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 분사홀은 상기 플레이트의 일면을 향하여 직경이 점차 증가되도록 테이퍼질 수 있다.
상기 다각 형상은, 사각 형상 또는 육각 형상일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 서셉터와 대향하는 가스분배판의 표면에 다각형상으로 개구된 리세스를 형성하여 챔버 내부의 반응공간과 마주하는 표면 면적을 감소시킴으로써 데드 스페이스(dead space)의 발생을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 파티클의 생성이 억제되고 증착되는 박막의 균일도가 향상될 수 있다.
본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 기판처리장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스분사판의 저면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 기판처리장치에 구비되는 가스분사유닛 (140A)의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스분사유닛(140A)의 저면도이다.
도 6의 (a)는 도 5의 A-A' 선을 따라 절취한 종단면도이고, (b)는 도 5의 B-B' 선을 따라 절취한 종단면도이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 기판처리장치에 구비되는 가스분사유닛 (140B)의 일부 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 가스분사유닛(140B)의 저면도이다.
도 9의 (a)는 도 8의 C-C' 선을 따라 절취한 종단면도이고, (b)는 도 8의 D-D' 선을 따라 절취한 종단면도이다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략도이다.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
이하, 실시 예에 의한 기판처리장치(100)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 실시 예에 의한 기판처리장치(100)는 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 직교하는 대신에 서로 교차할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 기판처리장치(100)는 기판(w)이 처리되는 공간인 챔버(110)를 포함할 수 있다. 챔버(110)에는 리드(111)(lid)가 결합되고, 가스를 토출시키기 위한 배출구(113)와 기판(w)을 반출입하기 위한 슬롯밸브(미도시)가 구비될 수 있다.
챔버(110)의 내부 하측에는 기판(w)을 지지하는 지지유닛(120)이 승강 가능하게 설치될 수 있다. 지지유닛(120)은 기판(w)이 안치되는 서셉터(121), 일측이 서셉터(121)의 하면에 결합되고 타측이 챔버(110)의 외측으로 노출된 지지축(123), 지지축(123)을 승하강 및/또는 회전시키는 구동부(125), 및 지지축(123)을 감싸는 형태로 설치되어 지지축(123)과 챔버(110) 사이를 실링하는 벨로우즈(127) 등을 포함할 수 있다.
서셉터(121)는 기판(w)을 안정적으로 지지하기 위해 정전척으로 구비될 수 있고, 이를 위해 서셉터(121)에는 정전기적 인력을 제공하는 직류전력이 인가될 수 있다.
리드(111)의 외부 상측에는 기판(w) 상에 증착될 박막의 특성에 따른 가스를 공급하는 가스공급유닛(130)이 설치될 수 있고, 가스공급유닛(130)은 제1 가스 공급부(131)와 제2 가스 공급부(133)를 포함할 수 있다.
제1 가스 공급부(131)는 리드(111)와 가스분사유닛(140) 사이에 형성되는 제1 확산공간(140a)으로 가스를 공급하고, 제2 가스 공급부(133)는 가스분사유닛(140)의 내부에 형성되는 제2 확산공간(140b)으로 가스를 공급할 수 있다.
제1 가스 공급부(131)는 제1 공정가스를 공급할 수 있고, 제2 가스 공급부(133)는 제1 공정가스와 조성이 다른 제2 공정가스를 공급할 수 있다. 여기서, 제1 공정가스는 기판의 증착에 필요한 소스물질(전구체)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 공정가스는 챔버(110)의 내부를 퍼지하는 퍼지가스를 포함할 수 있다. 한편, 제2 공정가스는 소스물질과 반응할 수 있는 반응물질을 포함할 수 있다.
가스공급유닛(130)은 챔버(110)의 내부로 소스물질을 포함하는 제1 공정가스와 반응물질을 포함하는 제2 공정가스를 동시에 또는 교대로 공급하여 기판(w) 상에 원하는 두께의 박막을 증착할 수 있다.
예컨대, 일 실시 예에 따르면, 챔버(110)의 내부에는 소스물질을 포함하는 제1 공정가스와 반응물질을 포함하는 제2 공정가스가 동시에 분사되고, 그 후 퍼지가스를 포함하는 제1 공정가스가 분사될 수 있다. 이러한 과정이 한 사이클(cycle)을 이루고, 상기 사이클이 복수 회 반복되어 CVD(Chemical Vapor Deposition) 증착공정이 완료될 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 따르면, 챔버(110)의 내부에는 소스물질을 포함하는 제1 공정가스가 분사되고, 그 후 퍼지가스를 포함하는 제1 공정가스가 분사되고, 그 후 반응물질을 포함하는 제2 공정가스가 분사될 수 있다. 이러한 과정이 한 사이클(cycle)을 이루고, 상기 사이클이 복수 회 반복되어 ALD(Atomic Layer Deposition) 증착공정이 완료될 수 있다.
제1 가스 공급부(131)는 제1 유로(132)와 연결되고, 상기 제1 유로(132)를 통해 제1 확산공간(140a)으로 제1 공정가스를 공급할 수 있다. 제1 확산공간(140a)으로 유입된 제1 공정가스는 가스분사유닛(140)을 통해 기판(w)으로 분사될 수 있다.
제2 가스 공급부(133)는 제2 유로(134)와 연결되고, 상기 제2 유로(134)를 통해 제2 확산공간(140b)으로 제2 공정가스를 공급할 수 있다. 제2 확산공간(140b)으로 유입된 제2 공정가스는 가스분사유닛(140)을 통해 기판(w)으로 분사되며, 이때 제1 공정가스와 제2 공정가스의 유동 경로는 서로 분리될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 전술한 가스공급유닛(130)은 챔버(110)의 일 측벽에 형성되는 확산홀(미도시)을 통해 제1 확산공간(140a) 및/또는 제2 확산공간(140b)과 연통할 수도 있다. 예컨대, 확산홀은 챔버(110)의 외측면과 내측면을 관통하여 형성되고, 제1 가스 공급부(131)와 제2 가스 공급부(133)는 상기 확산홀을 통해 챔버(110)의 측방향(x축 방향)으로 제1 공정가스와 제2 공정가스를 공급할 수 있다.
가스분사유닛(140)은 서셉터(121)와 대향하여 배치되고, 기판(w) 상에 공정가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(142)이 형성된 제1 플레이트(141);와 제1 플레이트(141)의 상부에 위치하고, 제1 확산공간(140a)과 연통하는 복수의 제1 분사노즐(145) 및 제2 확산공간(140b)과 연통하는 제2 분사노즐(147)이 구비된 제2 플레이트(143);를 포함할 수 있다. 이때, 제1 플레이트(141)와 제2 플레이트(143)는 일정한 간격으로 이격되고, 그 사이에 제2 확산공간(140b)이 형성될 수 있다.
복수의 분사홀(142)은 반전된 깔때기(funnel) 형상의 단면을 가지도록 상기 제1 플레이트(141)에 수직하게 천공되고, 서셉터(121)와 대향하는 제1 플레이트(141)의 하면에는 다각 형상으로 개구된 리세스(recess)가 구비될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 지칭하는 다각 형상은 모서리의 특정한 형태에 제한되지 아니한다. 예컨대, 다각 형상은 N(여기서, N은 3 이상의 정수)개의 변을 갖는 사각형, 육각형, 또는 팔각형 등의 형상으로 이루어지되, 상기 N개의 변이 서로 맞닿는 모서리는 각지거나 및/또는 둥근 형태를 포함할 수 있다.
복수의 분사홀(142) 각각은, 공정가스가 유입되는 제1 분사홀(1421) 및 공정가스가 분사되는 제2 분사홀(1423)을 포함할 수 있다.
제1 분사홀(1421)은 내주면의 직경이 일정하도록 제1 플레이트(141)의 상면으로부터 수직하게 관통되어 형성되고, 제2 분사홀(1423)은 제1 분사홀(1421)의 선단으로부터 서셉터(121)의 상면과 수직한 방향(z축)으로 연장 형성되어 제1 플레이트(141)의 하면에 개구된 리세스와 연통할 수 있다.
제1 분사홀(1421)의 내부에는 제1 분사노즐(145)이 수용될 수 있다. 이를 위해, 제1 분사홀(1421)의 내주면의 직경은 제1 분사노즐(145)의 외주면의 직경보다 크게 형성되고, 제1 분사홀(1421)의 선단은 제1 분사노즐(145)의 단부와 동일 평면상에 위치할 수 있다. 다만, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 분사노즐(145)의 단부는 제1 분사홀(1421)의 선단보다 더 길거나 짧게 형성될 수도 있다.
제2 분사홀(1423)은 제1 공정가스 또는 제2 공정가스가 기판(w)에 균일하게 분사되도록, 서셉터(121)의 상면과 평행한 가상의 평면에 대하여 제1 각도로 테이퍼진 제1 경사면과 제2 각도로 테이퍼진 제2 경사면을 가질 수 있다.
복수의 제1 분사노즐(145) 각각은, 환형 형상의 파이프(pipe) 형태를 가지며, 제1 확산공간(140a)과 복수의 분사홀(142) 사이에서 상호 연통되도록 그 내부에는 제2 플레이트(143)의 두께 방향(z축)으로 통공(145a)이 형성될 수 있다.
제1 분사노즐(145)의 일부는 제2 플레이트(143)와 결합되고, 타부는 제1 분사홀(1421)의 내부에 수용되며, 제1 확산공간(140a)으로 유입된 제1 공정가스는 제1 분사노즐(145)의 통공(145a)으로 분출된 후 제2 분사홀(1423)을 경유하여 기판(w)으로 분사된다.
제2 분사노즐(147)은 제2 플레이트(143)를 관통하여 설치되며, 그 일단은 제2 유로(134)와 연결되고, 타단은 제2 확산공간(140b)과 연통될 수 있다. 이때, 제2 분사노즐(147)을 통해 제2 확산공간(140b)으로 유입된 제2 공정가스는 제1 분사홀(1421)의 내주면과 제1 분사노즐(124)의 외주면 사이의 공간으로 분출된 후 제2 분사홀(1423)을 경유하여 기판(w)으로 분사된다.
한편, ALD 증착공정이 챔버(110) 내에서 안정적으로 완료되기 위해서는 제1 공정가스와 제2 공정가스가 기상에서 혼합되지 못하도록 서로 분리되어 챔버(110)의 내부로 공급되어야 한다. 이에, 일 실시 예에 따른 제2 플레이트(143)는 복수의 제1 분사노즐(145)과 제2 분사노즐(147)을 서로 공간적으로 분리하되, 제1 공정가스와 제2 공정가스가 혼합되는 구간을 최대한 단축시킴으로써, 파티클(particle)의 생성을 최소화할 수 있다.
한편, 제1 플레이트(141)는 플라즈마 생성용 고주파 전력(예컨대, 27MHz 이상)을 발생시키는 제1 고주파 전원(150)과 정합기(미도시)를 통해 전기적으로 접속될 수 있으며, 상부전극의 기능을 수행할 수 있다.
제2 플레이트(143)는 제1 플레이트(141)와 일정한 간격을 가지도록 제1 플레이트(141)의 상부에 설치되어 리드(111)에 접지될 수 있으며, 이를 위해 접지선(160)과 연결되어 접지전극의 기능을 수행할 수 있다.
다만, 본 발명의 범주가 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 다른 실시 예에 따르면, 제1 플레이트(141)는 접지선(160)에 연결되어 접지전극의 기능을 수행하고, 제2 플레이트(143)는 제1 고주파 전원(150)에 전기적으로 접속되어 상부전극의 기능을 수행할 수도 있다.
서셉터(121)는 이온 인입용 고주파 전력(예컨대, 400KHz 내지 27MHz)을 발생시키는 제2 고주파 전원(170)과 정합기(미도시)를 통해 전기적으로 접속될 수 있으며, 하부전극의 기능을 수행할 수 있다.
제1 고주파 전원(150) 및 제2 고주파 전원(170)에 의해 제1 플레이트 (141)와 서셉터(121)에 각각 서로 다른 주파수의 고주파 전력이 인가되면, 제1 플레이트(141)와 서셉터(121) 사이의 반응공간(S)에는 전기장가 형성되며, 이러한 전기장에 의해 가속된 전자가 중성 기체와 충돌하면서 이온과 활성종의 혼합체인 플라즈마가 발생될 수 있다.
그리고, 제1 플레이트(141), 제2 플레이트(143), 및 리드(111) 사이에는 절연부(180)가 더 구비되며, 절연부(180)는 제1 플레이트(141)를 전기적으로 절연하는 역할을 한다.
상기 절연부(180)는 제1 플레이트(141)와 리드(111) 사이에 설치되는 제1 절연부(180a) 및 제1 플레이트(141)와 제2 플레이트(143)의 사이에 설치되는 제2 절연부(180b)를 포함하며, 상기 제1 절연부(180a)와 제2 절연부(180b)는 전기 절연성이 높은 재질 예컨대, 세라믹(ceramic)으로 형성될 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 일 실시 예의 가스분사유닛에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 기판처리장치에 구비되는 가스분사유닛 (140A)의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스분사유닛(140A)의 저면도이다.
도 6의 (a)는 도 5의 A-A' 선을 따라 절취한 종단면도이고, (b)는 도 5의 B-B' 선을 따라 절취한 종단면도이다.
도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 제1 플레이트(141)의 상부에는 일정간격으로 이격되는 제2 플레이트(143)가 배치되고, 제2 플레이트(143)의 관통홀(143a)에는 복수의 제1 분사노즐(145)이 결합될 수 있다.
복수의 제1 분사노즐(145) 각각은 환형 형상의 파이프(pipe) 형태로 구비되며, 내부에는 제2 플레이트(143)의 두께 방향으로 통공(145a)이 형성될 수 있다.
제1 플레이트(141)는 적어도 하나 이상의 공정가스를 분사하는 복수의 분사홀(142)과 서로 이웃하는 복수의 분사홀(142)을 공간적으로 분리(또는, 격리)하는 격벽(1415)을 포함할 수 있다.
복수의 분사홀(142) 각각은 복수의 제1 분사노즐(145) 각각과 대응되는 영역에 배치되고, 분사홀(142)의 내주면의 최소 직경은 제1 분사노즐(145)의 외주면의 최대 직경보다 크게 형성될 수 있다.
각 분사홀(142)은 제1 플레이트(141)의 상면에 원형 형상으로 개구된 제1 리세스(R1)와 제1 플레이트(141)의 하면에 다각 형상으로 개구된 제2 리세스(R2)를 포함하고, 상기 제1 플레이트(141)의 두께 방향으로 제1 및 제2 리세스(R1, R2)가 관통되어 형성될 수 있다. 여기서, 제2 리세스(R2)의 다각 형상은 사각형, 육각형, 또는 팔각형 등을 포함할 수 있으나, 보다 바람직하게는 도시된 바와 같이 사각형일 수 있다. 또한, 상기 다각 형상은 모서리의 특정한 형태에 제한되지 아니하며, 예컨대 4개의 변이 서로 맞닿는 모서리는 각지거나 또는 둥근 형태로 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 제2 리세스(R2)는 제1 리세스(R1)의 원주면에서 반경 방향으로 외측을 향해 연장되어 사각 형상으로 개구되므로, 서로 이웃하는 분사홀(142) 사이에 구비된 격벽(1415)의 바닥면 면적이 종래 대비 현저히 감소될 수 있다. 그에 따라, 챔버(110) 내부의 반응공간(S)과 대향하는 제1 플레이트(141)의 하면에 데드 스페이스(dead space)가 발생되는 것을 최소화할 수 있게 되어 파티클의 생성이 최대한 억제되고, 증착되는 박막의 균일도가 개선될 수 있다.
각 분사홀(142)은 적어도 하나 이상의 공정가스가 유입되는 제1 분사홀(1421), 적어도 하나 이상의 공정가스가 분사되는 제2 분사홀(1423), 및 상기 제1 플레이트(141)의 두께 방향(z축)으로 제1 분사홀(1421)과 제2 분사홀(1423) 사이에 구비되는 제3 분사홀(1425)을 포함할 수 있다.
제1 분사홀(1421)은 내주면의 직경이 일정하도록, 제1 플레이트(141)의 상면에 개구된 제1 리세스(R1)로부터 수직하게 관통되어 형성될 수 있다.
제2 분사홀(1423)은 제1 경사면(142a)과 수직면(142b)을 가지며, 제1 플레이트(141)의 하면에 개구된 제2 리세스(R2)와 연통할 수 있다.
제1 경사면(142a)은 서셉터(121)의 상면과 평행한 가상의 평면(P1)에 대하여 제1 각도(θ1)로 테이퍼지게 형성되고, 복수 개로 구비될 수 있다. 이때, 제1 각도(θ1)는 둔각을 가지며, 이로 인해 제2 분사홀(1423)의 직경은 제1 플레이트(141)의 하면을 향하여 점차 증가될 수 있다.
또한, 제1 경사면(142a)은 제2 리세스(R2)의 내접원과 대응하는 가상의 원주면(P2)으로부터 제2 리세스(R2)의 가장자리(edge)를 향하여 방사상으로 연장 형성될 수 있다. 여기서, 가상의 원주면(P2)은 제2 분사홀(1423)과 제3 분사홀(1425) 사이의 경계면일 수 있다.
그리고, 제1 경사면(142a)은 평면(flat surface), 곡면(curved surface), 및 이들의 조합 중 적어도 하나의 형태로 구성될 수 있다.
수직면(142b)은 각 분사홀(142)의 중심축과 교차하는 방향(x축 및/또는 y축)으로 서로 이웃한 복수 개의 제1 경사면(142a) 사이에 배치되고, 상기 가상의 평면(P1)에 대하여 수직하게 형성될 수 있다. 예컨대, 수직면(142b)은 상기 가상의 원주면(P2) 중 일 지점에서 제2 리세스(R2)의 각 변을 향하여 제1 플레이트(141)의 두께 방향(z축)으로 수직하게 연장 형성될 수 있다.
제3 분사홀(1425)은 서셉터(121)의 상면과 평행한 가상의 평면(P1)에 대하여 제2 각도(θ2)로 테이퍼지게 형성된 제2 경사면(142c)을 가질 수 있다.
이때, 제1 경사면(142a)의 제1 각도(θ1)와 제2 경사면(142c)의 제2 각도(θ2)는 서로 상이할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)보다 작게 형성될 수 있으나(θ1<θ2), 본 발명의 범주가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
비록, 도 6의 (a) 내지 (b)는 제1 및/또는 제2 경사면(142a, 142c)이 평면(flat surface)인 경우만을 예로 들어 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하고 제1 및/또는 제2 경사면(142a, 142c)은 평면, 곡면, 또는 평면과 곡면이 조합된 형태로 구성될 수 있다.
한편, 격벽(1415)은 제1 플레이트(141)의 하면 상에서 서로 이웃하는 제2 리세스(R2)를 사이에 두고 격자(grid) 형태로 배치되며, 서로 이웃하는 분사홀(142)을 공간적으로 분리하여 챔버(110) 내의 반응공간(S)으로 분사되는 공정가스의 유량 및/또는 압력을 일정하게 조절할 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 9를 참조하여 다른 실시 예의 가스분사유닛에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 기판처리장치에 구비되는 가스분사유닛 (140B)의 일부 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 가스분사유닛(140B)의 저면도이다.
도 9의 (a)는 도 8의 C-C' 선을 따라 절취한 종단면도이고, (b)는 도 8의 D-D' 선을 따라 절취한 종단면도이다.
도 7 내지 도 9를 함께 참조하면, 제1 플레이트(141)의 상부에는 일정간격으로 이격되는 제2 플레이트(143)가 배치되고, 제2 플레이트(143)의 관통홀(143a)에는 복수의 제1 분사노즐(145)이 결합될 수 있다.
복수의 제1 분사노즐(145) 각각은 환형 형상의 파이프(pipe) 형태로 구비되며, 내부에는 제2 플레이트(143)의 두께 방향으로 통공(145a)이 형성될 수 있다.
제1 플레이트(141)는 적어도 하나 이상의 공정가스를 분사하는 복수의 분사홀(142);과 서로 이웃하는 복수의 분사홀(142)을 공간적으로 분리(또는, 격리)하는 격벽(1415);을 포함할 수 있다.
복수의 분사홀(142) 각각은 복수의 제1 분사노즐(145) 각각과 대응되는 영역에 배치되고, 분사홀(142)의 내주면의 최소 직경은 제1 분사노즐(145)의 외주면의 최대 직경보다 크게 형성될 수 있다.
각 분사홀(142)은 제1 플레이트(141)의 상면에 원형 형상으로 개구된 제1 리세스(R1)와 제1 플레이트(141)의 하면에 다각 형상으로 개구된 제2 리세스(R2)를 포함하고, 상기 제1 플레이트(141)의 두께 방향으로 제1 및 제2 리세스(R1, R2)가 관통되어 형성될 수 있다. 여기서, 제2 리세스(R2)의 다각 형상은 사각형, 육각형, 또는 팔각형 등을 포함할 수 있으나, 보다 바람직하게는 도시된 바와 같이 육각형일 수 있다. 또한, 상기 다각 형상은 모서리의 특정한 형태에 제한되지 아니하며, 예컨대 6개의 변이 서로 맞닿는 모서리는 각지거나 또는 둥근 형태로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 리세스(R2)는 제1 리세스(R1)의 원주면에서 반경 방향으로 외측을 향해 연장되어 육각 형상으로 개구되므로, 서로 이웃하는 분사홀(142) 사이에 구비된 격벽(1415)의 바닥면 면적이 종래 대비 현저히 감소될 수 있다. 그에 따라, 챔버(110) 내부의 반응공간(S)과 대향하는 제1 플레이트(141)의 하면에 데드 스페이스(dead space)가 발생되는 것을 최소화할 수 있게 되어 파티클의 생성이 최대한 억제되고, 증착되는 박막의 균일도가 개선될 수 있다.
각 분사홀(142)은 적어도 하나 이상의 공정가스가 유입되는 제1 분사홀(1421), 및 상기 제1 분사홀(1421)의 하부에 위치하여 적어도 하나 이상의 공정가스가 분사되는 제2 분사홀(1423)을 포함할 수 있다.
제1 분사홀(1421)은 내주면의 직경이 일정하도록, 제1 플레이트(141)의 상면에 개구된 제1 리세스(R1)로부터 수직하게 관통되어 형성될 수 있다.
제2 분사홀(1423)은 제1 경사면(142a)과 제2 경사면(142c)을 가지며, 제1 플레이트(141)의 하면에 개구된 제2 리세스(R2)와 연통할 수 있다.
제2 리세스(R2)는 분사홀(142)의 장축(x축) 방향으로 서로 대향하는 복수의 단변과 분사홀(142)의 단축(y축) 방향으로 서로 대향하는 복수의 장변을 포함할 수 있다. 이때, 서로 이웃하는 제2 리세스(R2)는 일정 간격으로 이격 배치되며, 밀집 배열될 수 있다.
제1 경사면(142a)은 상기 제1 분사홀(1421)의 내주면으로부터 제2 리세스(R2)의 장변을 향하여 연장 형성되고, 서셉터(121)의 상면과 평행한 가상의 평면(P)에 대하여 제1 각도(θ3)로 테이퍼지게 형성될 수 있다.
제2 경사면(142c)은 상기 제1 분사홀(1421)의 내주면으로부터 제2 리세스(R2)의 단변을 향하여 연장 형성되고, 서셉터(121)의 상면과 평행한 가상의 평면(P)에 대하여 제2 각도(θ4)로 테이퍼지게 형성될 수 있다.
그리고, 제1 경사면(142a)과 제2 경사면(142c)은 각 분사홀(142)의 중심축(z축)과 교차하는 방향으로 서로 대향하여 배치되며, 제2 분사홀(142)의 직경이 제1 플레이트(141)의 하면을 향할수록 점차 증가되도록 하향 경사지게 형성된다.
이때, 제1 경사면(142a)의 제1 각도(θ3)와 제2 경사면(142c)의 제2 각도(θ4)는 각각 둔각을 가지되, 서로 상이할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 각도(θ3)는 제2 각도(θ4)보다 작게 형성될 수 있으나(θ3<θ4), 본 발명의 범주가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 격벽(1415)은 제1 플레이트(141)의 하면 상에서 서로 이웃하는 제1 리세스(R1)를 사이에 두고 벌집(honeycomb) 형태로 배열될 수 있으며, 서로 이웃하는 분사홀(142)을 공간적으로 분리하여 챔버(110) 내의 반응공간 (S)으로 분사되는 공정가스의 유량 및/또는 압력을 일정하게 조절할 수 있다.
한편, 전술한 가스분사유닛(140)은 단일 기판(single wafer)를 처리하는 장치 이외에, 다중 기판(multi wafer)를 처리하는 장치에도 적용될 수 있다. 이에 대하여 도 10을 참조하여 이하에서 설명한다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 기판처리장치(200)는 반응공간을 제공하는 챔버(210), 챔버(210)의 내부 하측에 설치되어 기판(w)을 지지하는 지지유닛(220), 챔버(210)의 외부 상측에 구비되어 챔버(210)의 내부로 가스를 공급하는 가스공급유로(230), 및 지지유닛(220)의 상면과 마주하여 배치되고 기판(w)을 향하여 가스를 분사하는 가스분사유닛(240)을 포함할 수 있다.
챔버(210)에는 리드(211)가 결합되고, 외부로 공정가스를 토출하기 위한 배출구(213)와 기판(w)을 반출입하기 위한 슬롯밸브(215)가 구비될 수 있다. 리드(211)에는 챔버(210) 외부의 가스공급유로(230)와 연통하기 위한 복수의 관통홀(211a, 211b)이 형성되고, 복수의 관통홀(211a, 211b)은 리드(211)의 중심점을 기준으로 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.
지지유닛(220)은 챔버(210)의 내부 하측에서 승강 가능하게 설치될 수 있다. 상기 지지유닛(220)은 기판(w)을 지지하는 서셉터(221), 일단이 서셉터 (221)의 하면에 결합되고 타단이 챔버(210)를 관통하여 외측으로 노출되는 지지축(223), 지지축(223)을 승하강 및/또는 회전시키는 구동부(125), 및 지지축(223)을 감싸는 형태로 설치되어 지지축(223)과 챔버(210) 사이를 실링하는 벨로우즈(227)를 포함할 수 있다.
서셉터(221)는 원판의 형상으로 챔버(210) 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 서셉터(221)의 상면에는 기판(w)이 안착되도록 오목하게 형성된 기판 안치부(221a, 221b)가 복수개로 마련될 수 있다. 복수의 기판안치부(221a, 221b)는 수평 방향(x축 방향)으로 일정간격 이격되어 배치되며, 구동부(225)에 의하여 승하강 및/또는 회전되도록 구비될 수 있다.
가스분사유닛(240)은 리드(211)의 하부에 결합되어 지지유닛(220)을 향하여 가스를 분사할 수 있다. 상기 가스분사유닛(240)은 수평 방향(x축 방향)으로 서로 이격된 위치에서 리드(211)에 결합되는 복수의 분사 플레이트(240-1, 240-2)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 분사 플레이트(240-1, 240-2)의 개수는 복수의 기판안치부(221a, 221b)의 개수와 대응되며, 복수의 분사 플레이트(240-1, 240-2)는 복수의 기판안치부(221a, 221b)와 각각 수직 방향(z축 방향)으로 서로 대향하여 배치될 수 있다.
각 분사 플레이트(240-1, 240-2)의 상측에는 오목하게 홈부가 형성되고, 상기 홈부는 서셉터(221)의 반경 방향을 따라 길게 배치될 수 있다. 그리고 각 분사 플레이트(240-1, 240-2)가 리드(211)에 밀착되게 결합되면, 리드(211)의 하면과 각 분사 플레이트((240-1, 240-2))의 홈부에 의해 둘러싸인 확산공간(240a, 240b)이 형성될 수 있다.
또한, 각 분사 플레이트(240-1, 240-2)에는 상기 홈부의 하측에 복수의 분사홀(242)이 관통되어 형성되며, 복수의 분사홀(242)은 가스분사유닛(240)의 확산공간(240a, 240b)과 챔버(210)의 반응공간(S)을 상호 연통시킨다. 가스공급유로(230)로부터 각 확산공간(240a, 240b)으로 유입된 공정가스는 복수의 분사홀(242)을 통해 기판(w)으로 분사될 수 있다.
복수의 분사 플레이트(240-1, 240-2) 중 적어도 하나는 제1 공정가스를 분사하고, 복수의 분사 플레이트(240-1, 240-2) 중 적어도 하나는 제1 공정가스와 조성이 다른 제2 공정가스를 분사할 수 있다. 여기서, 제1 공정가스는 기판의 증착에 필요한 소스가스(전구체) 및/또는 챔버(210)의 내부를 퍼지하는 퍼지가스를 포함하고, 제2 공정가스는 전구체와 반응할 수 있는 반응가스를 포함할 수 있다. 상기한 구성으로 이루어진 기판처리장치 (200)에서는 소스가스, 퍼지가스, 반응가스가 계속적으로 분사되는 가운데 서셉터(221)가 회전함으로써, 서셉터(221)의 기판안치부(221a, 221b)에는 순차적으로 소스가스, 퍼지가스, 반응가스가 공급되어 기판(w) 상에 박막이 증착될 수 있다.
또는, 복수의 분사 플레이트(240-1, 240-2) 중 적어도 하나는 상기 제1 공정가스와 제2 공정가스를 모두 분사할 수 있다. 상기한 구성으로 이루어진 기판처리장치(200)에서는 복수의 기판안치부(221a, 221b) 각각으로 소스가스와 반응가스가 동시에 분사되고, 그 후 퍼지가스가 공급되어 기판(w) 상에 박막이 증착될 수 있다.
한편, 복수의 분사홀(242)은 반전된 깔때기(funnel) 형상의 단면을 가지도록 각 분사 플레이트(240-1, 240-2)에 수직하게 천공되며, 도 4 내지 도 9에서 전술한 복수의 분사홀(142)과 실질적으로 동일한 형상, 구조, 기능을 가질 수 있다.
예컨대, 각 분사 플레이트(240-1, 240-2)는 상면에 원형 형상으로 개구된 제1 리세스(R1)와 하면에 다각 형상으로 개구된 제2 리세스(R2)가 형성되고, 각 분사홀(242)은 분사 플레이트(240-1)의 두께 방향으로 제1 및 제2 리세스(R1, R2)가 관통되어 형성될 수 있다.
이때, 제2 리세스(R2)는 제1 리세스(R1)의 원주면에서 반경 방향으로 외측을 향해 연장되어 사각형 및/또는 육각형의 형상으로 개구될 수 있으나, 본 발명의 범주가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따르면, 분사 플레이트(240-1)에는 사각 형상의 제2 리세스(R2)를 갖는 복수의 분사홀(242)과, 제2 리세스(R2)를 사이에 두고 격자(grid) 형태로 배치되어 서로 이웃하는 분사홀(242)을 공간적으로 분리하는 격벽(2415)을 포함할 수 있다.
각 분사홀(242)은 공정가스가 유입되는 제1 분사홀(2421), 공정가스가 분사되는 제2 분사홀(2423), 및 분사 플레이트(240-1)의 두께 방향으로 제1 분사홀(2421)과 제2 분사홀(2423) 사이에 구비되는 제3 분사홀(2425)을 포함할 수 있다.
제1 분사홀(2421)은 내주면의 직경이 일정하도록, 분사 플레이트(240-1)의 상면으로부터 수직하게 관통되어 형성될 수 있다.
제2 분사홀(2423)은 서셉터(221)의 상면과 평행한 가상의 평면에 대하여 제1 각도(θ1)로 테이퍼지게 형성되는 복수 개의 제1 경사면(242a) 및 각 분사홀(242)의 중심축과 교차하는 방향(x축 및/또는 y축)으로 서로 이웃한 복수 개의 제1 경사면(242a) 사이에 배치되는 수직면(242b)을 포함할 수 있다.
제1 경사면(242a)은 제2 리세스(R2)의 내접원과 대응하는 가상의 원주면으로부터 제2 리세스(R2)의 가장자리(edge)를 향하여 방사상으로 연장 형성되고, 수직면(242b)은 상기 가상의 원주면(P2) 중 일 지점에서 제2 리세스(R2)의 각 변을 향하여 분사 플레이트(240-1)의 두께 방향(z축)으로 수직하게 연장 형성될 수 있다.
제3 분사홀(2425)은 서셉터(221)의 상면과 평행한 가상의 평면에 대하여 제2 각도(θ2)로 테이퍼지게 형성된 제2 경사면(142c)을 포함하고, 이때 제1 경사면(142a)의 제1 각도(θ1)와 제2 경사면(142c)의 제2 각도(θ2)는 서로 상이할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)보다 작게 형성될 수 있다(θ1<θ2).
다른 실시 예에 따르면, 분사 플레이트(240-2)에는 육각 형상의 제2 리세스(R2)를 갖는 복수의 분사홀(242)과, 제2 리세스(R2)를 사이에 두고 벌집(hoenycomb) 형태로 배치되어 서로 이웃하는 분사홀(242)을 공간적으로 분리하는 격벽(2415)을 포함할 수 있다.
이때, 제2 리세스(R2)는 분사홀(242)의 장축(x축) 방향으로 서로 대향하는 복수의 단변과 분사홀(242)의 단축(y축) 방향으로 서로 대향하는 복수의 장변을 포함하여 구성될 수 있다.
각 분사홀(242)은 공정가스가 유입되는 제1 분사홀(2421)과 공정가스가 분사되는 제2 분사홀(2423)을 포함할 수 있다.
제1 분사홀(2421)은 내주면의 직경이 일정하도록, 분사 플레이트(240-1)의 상면으로부터 수직하게 관통되어 형성될 수 있다.
제2 분사홀(2423)은 서셉터(121)의 상면과 평행한 가상의 평면에 대하여, 제1 각도(θ3)로 테이퍼지게 형성되는 제1 경사면(242a)과 제2 각도(θ4)로 테이퍼지게 형성되는 제2 경사면(242c)을 포함할 수 있다.
제1 경사면(242a)은 상기 제1 분사홀(2421)의 내주면으로부터 제2 리세스(R2)의 장변을 향하여 연장 형성되고, 제2 경사면(242c)은 상기 제1 분사홀(1421)의 내주면으로부터 제2 리세스(R2)의 단변을 향하여 연장 형성되며, 제1 경사면(242a)과 제2 경사면(242c)은 각 분사홀(142)의 중심축(z축)과 교차하는 방향으로 서로 대향하여 배치된다.
이때, 제1 경사면(242a)의 제1 각도(θ3)와 제2 경사면(242c)의 제2 각도(θ4)는 서로 상이할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 각도(θ3)는 제2 각도(θ4)보다 작게 형성될 수 있다(θ3<θ4).
한편, 각 분사 플레이트(240-1, 240-2)에는 도 4 내지 도 6에 도시된 일 실시 예에 따른 분사홀(142)이 모두 적용되거나, 도 7 내지 도 9에 도시된 다른 실시 예에 따른 분사홀(142)이 모두 적용될 수 있다.
또는, 각 분사 플레이트(240-1, 240-2) 중 적어도 일부에는 도 4 내지 도 6에 도시된 일 실시 예에 따른 분사홀(142)이 적용되고, 나머지 일부에는 도 7 내지 도 9에 도시된 다른 실시 예에 따른 분사홀(142)이 적용될 수도 있다.
실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전술한 실시 예에 의한 기판처리장치(100)는 ALD(Atomic Layer Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition), TCVD(Thermal Chemical Vapor Deposition), 및 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 박막 증착공정 이외에, 평면표시장치 또는 태양전지 등을 제조하는 공정 등에도 사용될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 내부에 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되는 서셉터; 및
    상기 서셉터와 대향하는 플레이트의 일면에 다각 형상으로 개구된 복수의 분사홀을 갖는 가스분사유닛;을 포함하고,
    상기 복수의 분사홀 각각은,
    상기 서셉터의 상면과 평행한 가상의 평면에 대하여, 제1 각도로 테이퍼진 제1 경사면과 제2 각도로 테이퍼진 제2 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 상이한 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면 중 적어도 하나는 수직인 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가스분사유닛은,
    서로 이웃하는 상기 분사홀을 공간적으로 분리하는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 분사홀 각각은,
    상기 플레이트의 타면으로부터 수직하게 관통되고 직경이 일정한 제1 분사홀;과
    상기 플레이트의 일면을 향하여 직경이 점차 증가되도록 테이퍼진 제2 분사홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 분사홀과 상기 제2 분사홀 사이에 제3 분사홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제3 분사홀은 상기 플레이트의 일면을 향하여 직경이 점차 증가되도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 다각 형상은, 사각 형상 또는 육각 형상인 것을 특징으로 하는, 기판처리장치.
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