KR20230120822A - 배치식 기판처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배치식 기판처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 전극에 의해 플라즈마를 형성하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 배치식 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배치식 기판처리장치는 복수의 기판이 수용되는 처리공간을 갖는 반응튜브; 상기 반응튜브의 길이방향을 따라 연장되며, 서로 이격되어 배치되는 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극을 보호하는 전극 보호부;를 포함하고, 상기 복수의 전극은, 서로 이격되는 제1 및 제2 전원공급 전극; 및 상기 제1 전원공급 전극 및 상기 제2 전원공급 전극 사이에 제공되는 접지 전극을 포함하며, 상기 전극 보호부는, 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 각각 제공되는 복수의 제1 전극보호관; 상기 접지 전극에 제공되는 제2 전극보호관; 및 상기 복수의 제1 전극보호관 각각을 상기 제2 전극보호관과 연결하여 연통시키는 복수의 연결관을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배치식 기판처리장치는 복수의 기판이 수용되는 처리공간을 갖는 반응튜브; 상기 반응튜브의 길이방향을 따라 연장되며, 서로 이격되어 배치되는 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극을 보호하는 전극 보호부;를 포함하고, 상기 복수의 전극은, 서로 이격되는 제1 및 제2 전원공급 전극; 및 상기 제1 전원공급 전극 및 상기 제2 전원공급 전극 사이에 제공되는 접지 전극을 포함하며, 상기 전극 보호부는, 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 각각 제공되는 복수의 제1 전극보호관; 상기 접지 전극에 제공되는 제2 전극보호관; 및 상기 복수의 제1 전극보호관 각각을 상기 제2 전극보호관과 연결하여 연통시키는 복수의 연결관을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 배치식 기판처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 전극에 의해 플라즈마를 형성하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 배치식 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기판처리장치는 처리공간 내에 처리하고자 하는 기판을 위치시킨 뒤 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)법 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD)법 등을 사용하여 처리공간 내에 주입된 공정가스에 포함된 반응 입자들을 기판 상에 증착시키는 장치이며, 하나의 기판에 대하여 처리공정을 수행할 수 있는 매엽식(Single Wafer Type)과 복수개의 기판에 대하여 동시에 처리공정을 수행할 수 있는 배치식(Batch Type)이 있다.
배치식 기판처리장치는 복수의 전극에 고주파 전원을 공급하여 플라즈마(plasma)를 생성함으로써, 복수의 전극 주변으로 주입되는 공정가스를 여기해서 얻은 활성종(radical)을 기판에 공급하여 처리공정을 수행할 수 있다. 이때, 플라즈마에 의해 생성된 이온(ion)들이 복수의 전극을 향해 가속되어 충돌하면서 복수의 전극에 손상이 발생할 수 있다.
또한, 복수의 전극에 고주파 전원이 공급되어 플라즈마를 생성하면서 복수의 전극에 발열이 발생할 수 있으며, 이러한 발열에 의한 복수의 전극의 온도 상승에 의해 복수의 전극의 저항을 증가시켜 복수의 전극에 전압(Voltage)이 증가되면서 플라즈마에 의해 생성되는 이온들의 에너지(energy)가 증가할 수 있고, 높은 에너지를 갖는 이온들이 복수의 전극에 강하게 충돌하면서 복수의 전극이 더욱 손상될 수 있다. 특히, 처리공간을 둘러싸는 핫월(Hot wall) 타입의 가열수단(또는 히터)에 의해 처리공간을 가열하는 경우에는 복수의 전극의 온도가 더욱 상승하게 되어 더욱 문제가 된다.
이에, 복수의 전극의 손상을 방지하면서 복수의 전극의 주변 온도를 낮출 수 있는 구성이 요구되고 있다.
본 발명은 전극 보호부를 통해 플라즈마의 형성을 위한 복수의 전극을 보호하는 배치식 기판처리장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배치식 기판처리장치는 복수의 기판이 수용되는 처리공간을 갖는 반응튜브; 상기 반응튜브의 길이방향을 따라 연장되며, 서로 이격되어 배치되는 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극을 보호하는 전극 보호부;를 포함하고, 상기 복수의 전극은, 서로 이격되는 제1 및 제2 전원공급 전극; 및 상기 제1 전원공급 전극 및 상기 제2 전원공급 전극 사이에 제공되는 접지 전극을 포함하며, 상기 전극 보호부는, 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 각각 제공되는 복수의 제1 전극보호관; 상기 접지 전극에 제공되는 제2 전극보호관; 및 상기 복수의 제1 전극보호관 각각을 상기 제2 전극보호관과 연결하여 연통시키는 복수의 연결관을 포함할 수 있다.
상기 복수의 전극은 상기 제1 전원공급 전극과 상기 접지 전극 사이의 이격공간 및 상기 제2 전원공급 전극과 상기 접지 전극 사이의 이격공간에 용량 결합 플라즈마(CCP)를 형성할 수 있다.
상기 복수의 제1 전극보호관과 상기 제2 전극보호관 내에 냉각가스를 공급하는 냉각가스 공급부; 및 상기 복수의 제1 전극보호관과 상기 제2 전극보호관에서 상기 냉각가스를 배출하여 상기 냉각가스의 흐름을 형성하는 냉각가스 배출부;를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각가스 공급부는 상기 제2 전극보호관과 연결되고, 상기 냉각가스 배출부는 상기 복수의 제1 전극보호관과 각각 연결될 수 있다.
상기 냉각가스 배출부는 상기 복수의 제1 전극보호관과 각각 연결되는 배기 라인을 포함할 수 있다.
상기 냉각가스 배출부는 상기 배기 라인의 내경을 조절하는 직경조절부재를 더 포함할 수 있다.
상기 배기 라인은, 펌핑포트에 연결되는 제1 배기라인; 및 상기 제1 배기라인과 분기되는 제2 배기라인을 포함하고, 상기 냉각가스 배출부는, 상기 제1 배기라인에 제공되는 제1 밸브; 및 상기 제2 배기라인에 제공되는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 밸브는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 공급시에 개방되고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 미공급시에 개방될 수 있다.
상기 배기 라인은 상기 냉각가스의 유량 1 slm당 0.15 mbar 이상의 배기 압력이 형성될 수 있다.
상기 복수의 연결관은 상기 복수의 제1 전극보호관과 상기 제2 전극보호관의 내경보다 작은 내경을 가질 수 있다.
상기 냉각가스는 불활성 가스를 포함할 수 있다.
상기 냉각가스 공급부는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 미공급시에 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 공급시보다 적은 유량의 상기 냉각가스를 공급할 수 있다.
각 상기 제1 전극보호관 내의 상기 냉각가스의 유량은 상기 제2 전극보호관 내의 상기 냉각가스의 유량보다 적을 수 있다.
상기 복수의 제1 전극보호관에 각각 연결되며, 각 상기 제1 전극보호관과 연통되는 내부공간의 측벽에 상기 냉각가스가 배출되는 배기구가 형성되는 복수의 제1 실링캡; 및 상기 제2 전극보호관에 연결되며, 상기 제2 전극보호관과 연통되는 내부공간의 측벽에 상기 냉각가스가 공급되는 유입구가 형성되는 제2 실링캡;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배치식 기판처리장치는 전극 보호부를 통해 복수의 전극을 전기적으로 절연시키는 동시에 플라즈마(plasma) 분위기에 노출되는 복수의 전극을 플라즈마로부터 보호할 수 있으며, 플라즈마에 의해 발생될 수 있는 오염 또는 파티클(particle)로부터 복수의 전극을 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 복수의 연결관을 통해 복수의 제1 전극보호관이 각각 제2 전극보호관과 연결되어 전극 보호부가 구성됨으로써, 각 제1 전극보호관과 제2 전극보호관의 간격을 유지하여 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극의 간격을 동일하게 유지할 수 있고, 제1 전원공급 전극과 접지 전극 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극 사이의 이격공간이 동일한 부피를 갖게 하여 복수의 플라즈마 발생공간 간에 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있다.
그리고 복수의 연결관을 통해 복수의 제1 전극보호관 각각을 제2 전극보호관과 연통시킴으로써, 복수의 제1 전극보호관과 제2 전극보호관 내에 냉각가스를 공급하면서 냉각가스 공급부와 냉각가스 배출부를 통한 냉각가스의 흐름을 형성할 수 있고, 이에 따라 플라즈마를 생성하면서 발열이 발생하는 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극을 효과적으로 냉각할 수 있다.
이때, 제1 전원공급 전극과 제2 전원공급 전극 모두의 영향을 받아 전기장(electric field)이 중첩됨으로 인해 높은 발열이 발생하는 접지 전극에 제공되는 제2 전극보호관으로 냉각가스를 공급함으로써, 접지 전극의 높은 발열을 효과적으로 냉각할 수 있으며, 제2 전극보호관으로 공급된 많은 유량의 냉각가스가 복수의 제1 전극보호관으로 나눠져 배출됨으로써, 냉각가스의 흐름이 원활할 수 있다.
여기서, 복수의 제1 전극보호관과 각각 연결된 배기라인을 펌핑포트와 연결함으로써, 접지 전극, 제1 전원공급 전극 및/또는 제2 전원공급과의 열교환으로 인해 데워진 냉각가스를 빠르게 배출할 수 있고, 이에 따라 더욱 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다.
한편, 배기 라인에 냉각가스의 유량 1 slm당 0.15 mbar 이상의 배기 압력을 형성함으로써, 제1 전원공급 전극 및/또는 제2 전원공급 전극이 기울어져 제1 전극보호관과의 간격이 동일하지 않은 경우에도 냉각가스가 균등하게 복수의 제1 전극보호관에 공급될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배치식 기판처리장치를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 보호부의 냉각가스 흐름을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극의 전압 파형 및 전기장을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 보호부의 냉각가스 흐름을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극의 전압 파형 및 전기장을 설명하기 위한 개념도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배치식 기판처리장치를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배치식 기판처리장치(100)는 복수의 기판(10)이 수용되는 처리공간(111)을 갖는 반응튜브(110); 상기 반응튜브(110)의 길이방향을 따라 연장되며, 서로 이격되어 배치되는 복수의 전극(121,122); 및 상기 복수의 전극(121,122)을 보호하는 전극 보호부(130);를 포함할 수 있다.
반응튜브(110)는 상부가 폐쇄되고 하부가 개방된 원통 형태로 석영(quartz) 또는 세라믹(ceramics) 등의 내열성 재료로 형성될 수 있으며, 내부에 복수의 기판(10)이 수용되어 처리되는 처리공간(111)을 제공할 수 있다. 반응튜브(110)의 처리공간(111)은 복수개의 기판(10)들이 반응튜브(110)의 길이방향으로 적층된 기판 보트를 수용하고, 실제 처리공정(예를 들어, 증착 공정)이 이루어지는 공간이다.
여기서, 상기 기판 보트는 기판(10)을 지지하기 위한 구성으로서, 복수의 기판(10)이 상기 반응튜브(110)의 길이방향(즉, 상하방향)으로 적재되도록 형성될 수 있고, 복수의 기판(10)이 각각 개별적으로 처리되는 단위 처리공간을 복수개 형성할 수도 있다.
복수의 전극(121,122)은 상기 반응튜브(110)의 길이방향을 따라 연장될 수 있으며, 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(121,122)은 상기 반응튜브(110)의 길이방향을 따라 연장되는 막대(bar) 형상일 수 있고, 서로 나란히(또는 평행하게) 배치될 수 있으며, 반응튜브(110)의 둘레방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.
여기서, 복수의 전극(121,122)은 서로 이격되는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b); 및 상기 제1 전원공급 전극(121a) 및 상기 제2 전원공급 전극(121b) 사이에 제공되는 접지 전극(122)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)은 서로 이격될 수 있으며, 고주파 전원(또는 RF 전원)이 각각 공급(또는 인가)될 수 있다.
접지 전극(122)은 제1 전원공급 전극(121a) 및 제2 전원공급 전극(121b) 사이에 제공될 수 있으며, 접지될 수 있다. 여기서, 접지 전극(122)은 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 대해 공통(common)의 접지 전극(122)으로 사용될 수 있다.
제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 고주파 전원(또는 고주파 전력)이 공급되면, 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122)의 사이 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122)의 사이에서 플라즈마(plasma)가 발생할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)은 3전극 구조를 가질 수 있으며, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 고주파 전원을 각각 나누어 공급할 수 있도록 함으로써, 플라즈마를 발생하는 데 필요한 고주파 전원 또는 원하는 양의 라디칼(radical)을 얻기 위한 고주파 전원을 감소시킬 수 있고, 높은 고주파 전원에 의한 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 손상 및/또는 파티클(particle)의 발생을 방지할 수 있다.
예를 들어, 복수의 전극(121,122)은 격벽(125)에 처리공간(111)과 구분되는 방전공간에 배치될 수 있으며, 복수의 전극(121,122)과 격벽(125)에 의해 플라즈마 형성부(120)가 구성될 수 있다. 플라즈마 형성부(120)는 복수의 전극(121,122)을 이용하여 플라즈마를 형성할 수 있으며, 가스 공급관(170)으로부터 공급받은 공정가스를 플라즈마에 의해 분해하여 반응튜브(110) 내의 처리공간(111)으로 제공할 수 있다. 여기서, 플라즈마 형성부(120)는 상기 반응튜브(110)의 길이방향을 따라 연장되는 격벽(125)에 의해 처리공간(111)과 구분되는 상기 방전공간을 가질 수 있으며, 상기 반응튜브(110)의 길이방향을 따라 연장되어 상기 반응튜브(110)의 둘레방향으로 배치되는 복수의 전극(121,122)에 의해 상기 방전공간에 플라즈마를 형성할 수 있다.
플라즈마 형성부(120)의 상기 방전공간은 플라즈마가 형성되는 공간이며, 격벽(125)에 의해 처리공간(111)과 구분될 수 있다. 이에, 플라즈마 형성부(120)는 가스 공급관(170)으로부터 공급받은 상기 공정가스를 상기 방전공간에서 플라즈마를 이용하여 분해시키고, 분해된 상기 공정가스 중 라디칼들만을 처리공간(111)으로 제공할 수 있다.
여기서, 격벽(125)은 상기 반응튜브(110)의 길이방향을 따라 연장될 수 있으며, 반응튜브(110)의 내부에 배치될 수도 있고, 반응튜브(110)의 외부에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 격벽(125)은 도 1과 같이 반응튜브(110)의 내부에 배치되어 반응튜브(110)의 내벽과 상기 방전공간을 형성할 수 있으며, 반응튜브(110)의 내벽(또는 내면)에 접속하는 복수의 부측벽부와 상기 복수의 부측벽부 사이의 주측벽부를 포함할 수 있다. 상기 복수의 부측벽부는 반응튜브(110)의 내벽으로부터 반응튜브(110)의 내측으로 돌출(또는 연장)되고, 서로 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 그리고 상기 주측벽부는 반응튜브(110)의 내벽과 이격되어 상기 복수의 부측벽부 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 복수의 부측벽부와 상기 주측벽부 모두는 반응튜브(110)의 내벽을 따라 상기 반응튜브(110)의 길이방향으로 연장될 수 있다. 다만, 격벽(125)은 처리공간(111)과 구분되는 상기 방전공간을 제공할 수 있는 형태라면 도 1에 도시된 바에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
다른 실시예로, 격벽(125)은 반응튜브(110)의 외부에 배치되어 반응튜브(110)의 외벽과 상기 방전공간을 형성할 수도 있으며, 반응튜브(110)의 외측면(또는 외벽)에 접속하는 복수의 부측벽부와 상기 복수의 부측벽부 사이의 주측벽부를 포함할 수 있다. 상기 복수의 부측벽부는 반응튜브(110)의 외벽으로부터 반응튜브(110)의 외측으로 돌출되고, 서로 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 그리고 상기 주측벽부는 반응튜브(110)의 외벽과 이격되어 상기 복수의 부측벽부 사이에 배치될 수 있다.
한편, 상기 주측벽부를 반응튜브(110)보다 작거나 큰 직경을 갖는 튜브 형태로 구성하여 반응튜브(110)의 측벽과 상기 주측벽부의 사이(즉, 상기 반응튜브의 내벽과 상기 주측벽부의 사이 또는 상기 반응튜브의 외벽과 상기 주측벽부의 사이)에 상기 방전공간을 형성할 수도 있다.
플라즈마 형성부(120)는 격벽(125)에 의해 처리공간(111)과 구분된 상기 방전공간에 플라즈마를 형성함으로써, 가스 공급관(170)으로부터 공급되는 상기 공정가스가 반응튜브(110)의 내부로 직접 공급되어 처리공간(111)에서 분해되는 것이 아니라 처리공간(111)과 분리된 공간인 상기 방전공간에서 분해된 뒤 처리공간(111)으로 공급될 수 있다. 처리공간(111)의 내벽에는 처리공간(111)을 둘러싸는 핫월(Hot wall) 타입의 가열수단(또는 히터)에 의해 기판(10)뿐만 아니라 처리공간(111)의 내벽(또는 내부 벽면)까지 온도가 높아져 상기 공정가스가 증착되면서 원하지 않는 박막이 형성될 수 있으며, 이러한 처리공간(111)의 내벽에 형성(또는 증착)된 박막은 플라즈마로 인한 전기장(electric field) 또는 자기장(magnetic field) 등에 의해 파티클로 떨어져 나오면서 기판(10)에 대한 처리공정 중에 오염 물질로 작용할 수 있다. 이에, 플라즈마 형성부(120)는 격벽(125)을 통해 처리공간(111)과 구분된 상기 방전공간에서 플라즈마를 형성함으로써, 처리공간(111)으로 상기 공정가스를 직접 공급하여 처리공간(111)에서 플라즈마를 형성하는 경우에 플라즈마로 인한 전기장 또는 자기장에 의해 처리공간(111)의 내벽에 형성된 박막이 파티클로 떨어져 나오는 문제를 방지할 수 있다.
전극 보호부(130)는 복수의 전극(121,122)을 보호할 수 있으며, 복수의 전극(121,122) 각각의 적어도 일부를 감싸 복수의 전극(121,122)을 각각 보호할 수 있다. 예를 들어, 전극 보호부(130)는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122) 각각의 적어도 일부를 감쌀 수 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 각각 보호할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 보호부의 냉각가스 흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 전극 보호부(130)는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 각각 제공되는 복수의 제1 전극보호관(131); 상기 접지 전극(122)에 제공되는 제2 전극보호관(132); 및 상기 복수의 제1 전극보호관(131) 각각을 상기 제2 전극보호관(132)과 연결하여 연통시키는 복수의 연결관(133)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극보호관(131)은 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 각각 제공될 수 있으며, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b) 각각의 외부 둘레면을 감쌀 수 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b) 각각을 보호할 수 있다.
제2 전극보호관(132)은 접지 전극(122)에 제공될 수 있으며, 접지 전극(122)의 외부 둘레면을 감쌀 수 있고, 접지 전극(122)을 보호할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122) 각각은 상부로부터 하부에 걸쳐 제1 전극보호관(131) 및/또는 제2 전극보호관(132)에 의해 감싸진 상태로 보호될 수 있으며, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)은 연성을 가지는 편조선으로 이루어질 수도 있다.
일반적으로 고주파 전원의 사용에 따른 전기 전도는 전류가 표면을 따라 흐르는 표피 효과(Skin Effect)가 발생할(또는 전류가 흐르는 깊이인 금속의 침투 깊이(Skin Depth)에 영향을 받을) 수 있으며, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)에 그물 타입의 그물망 전극을 사용하는 경우에는 빈 공간이 차지하는 면적이 넓으므로, 적은 표면적으로 인한 큰 저항으로 고주파 전원 공급에 비효율적인 문제점이 존재한다. 더욱이, 기판(10)에 대한 처리공정은 고온과 저온에서 반복적으로 진행하게 되는데, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)이 그물 타입으로 이루어질 경우에는 변화되는 온도에 따라 그물망 전극의 형상이 불규칙하게 변화되어 형상 유지 측면에서도 불리하게 되고, 변화되는 형상에 따라 저항이 달라지기 때문에 고주파 전원 공급 시 불균일한 플라즈마가 발생되는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 방지하기 위해, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)은 제1 전극보호관(131) 및/또는 제2 전극보호관(132) 내부로 삽입될 뿐만 아니라 빈 공간을 최소화하여, 유연성을 가지는 편조 타입(편조선)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 빈 공간을 더욱 감소시키기 위하여 각각의 전극 표면에 금속을 코팅하는 방법을 추가적으로 사용할 수도 있다. 또한, 플렉서블한 편조 타입의 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 상기 방전공간의 내부에서 상기 반응튜브(110)의 길이방향으로 연장되어 고정된 상태로 유지시키기 위해 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122) 각각의 양단을 움직이지 않도록 고정 지지하는 스프링부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 스프링부에 의해 플렉서블한 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)은 각각 상기 반응튜브(110)의 길이방향으로 고정되어 가늘고 길쭉한 봉 형태로 유지될 수 있다.
제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)은 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)의 외부와 접지 전극(122)의 외부를 각각 둘러쌈으로써, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 각각 전기적으로 절연시키는 동시에 플라즈마 분위기에 노출되는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 플라즈마로부터 보호할 수 있으며, 플라즈마에 의해 발생될 수 있는 오염 또는 파티클로부터 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 안전하게 보호할 수 있다. 이때, 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)은 석영 또는 세라믹 등의 내열성 재료로 이루어질 수 있으며, 반응튜브(110)와 일체형으로 제작될 수도 있다.
복수의 연결관(133)은 복수의 제1 전극보호관(131) 각각을 제2 전극보호관(132)과 연결할 수 있으며, 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)을 연통시킬 수 있다. 이때, 복수의 연결관(133)은 복수의 제1 전극보호관(131) 각각과 제2 전극보호관(132)의 간격을 유지할 수 있으며, 이에 따라 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122)의 간격 및 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122)의 간격을 동일(또는 일정)하게 유지할 수 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)이 접지 전극(122)으로부터 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
상기 방전공간 내에 균일한 플라즈마 밀도를 얻기 위해서는 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간(또는 플라즈마 발생공간) 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간이 동일한 부피(또는 면적)를 가져야 하고, 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간에 동일한 세기의 플라즈마(또는 플라즈마 포텐셜)를 형성하여 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 간에 플라즈마 밀도를 균일하게 하는 것이 필요하다. 이를 위해 복수의 연결관(133)으로 복수의 제1 전극보호관(131) 각각을 제2 전극보호관(132)과 연결하여 복수의 제1 전극보호관(131) 각각과 제2 전극보호관(132)의 간격을 유지할 수 있으며, 이에 따라 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122)의 간격 및 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122)의 간격을 동일하게 유지할 수 있고, 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122)의 간격 및 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122)의 간격이 동일한 부피를 갖게 하여 복수의 플라즈마 발생공간(또는 상기 이격공간) 간에 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 복수의 연결관(133)은 복수의 제1 전극보호관(131) 각각을 제2 전극보호관(132)과 연결시킬 뿐만 아니라 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)을 연통시킬 수도 있으며, 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 간에 냉각가스가 흐르도록 할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)의 내부에는 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)의 내벽(또는 내면)이 각각 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)으로부터(또는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극과 상기 접지 전극의 표면으로부터) 이격(또는 유격)되어 상기 냉각가스가 흐를 수 있는 가스유로가 형성될 수 있으며, 복수의 연결관(133)에도 관(tube) 형태로 가스유로가 형성되어 복수의 제1 전극보호관(131)의 가스유로와 제2 전극보호관(132)의 가스유로를 연통시킬 수 있다.
여기서, 복수의 전극(121,122)은 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간에 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP)를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)은 각각 접지 전극(122)으로부터 이격되어 복수의 플라즈마 발생공간을 형성할 수 있으며, 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간은 상기 복수의 플라즈마 발생공간을 제공할 수 있다.
그리고 복수의 전극(121,122)은 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간(또는 상기 플라즈마 발생공간) 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간에 각각 용량 결합 플라즈마(CCP)를 형성할 수 있으며, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 각각 고주파 전원을 공급함에 따라 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간에 생성되는 전기장에 의해 용량 결합 플라즈마(CCP)가 발생할 수 있다.
한편, 서로 이격된 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간에 형성되는 전기장에 의해 발생되는 전자 가속으로 에너지(energy)를 얻어 플라즈마가 형성되는 용량 결합 플라즈마(CCP) 방식과 달리 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방식은 서로 연결된 안테나에 흐르는 전류에서 형성된 자기장이 시간에 따라 변할 때 자기장 주변으로 형성되는 전기장으로부터 플라즈마가 형성되는 것으로, 일반적으로 유도 결합 플라즈마(ICP) 방식에서는 E-mode에 의해 플라즈마가 발생되고 H-mode로 변환하면서 고밀도 플라즈마를 형성하게 된다. 유도 결합 플라즈마(ICP) 방식은 플라즈마 밀도 혹은 인가 전력에 따라 E-mode와 H-mode로 구분되는데, 플라즈마 밀도가 낮은 E-mode에서 플라즈마가 유지되는 높은 밀도를 가지는 H-mode로 모드 변환을 이루기 위해선 높은 파워를 유기해야 하며, 입력 전력이 커지게 되면 파티클과 높은 전자온도에 따른 반응에 참여하지 않는 다수의 라디칼이 생성되어 양질의 막질을 얻기 힘든 문제와 안테나에 의해 형성되는 전기장에 따라 균일한 플라즈마를 발생하기 어려운 문제가 발생된다.
하지만, 본 발명에서는 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간에 용량 결합 플라즈마(CCP)를 각각 형성하므로, 유도 결합 플라즈마(ICP)와 같이 모드 변환을 이루기 위해 높은 파워를 유기할 필요가 없으며, 이로부터 파티클의 생성 방지 및 낮은 전자온도에 따라 반응에 참여하는 다수의 라디칼 생성으로 양질의 막질을 얻는 데 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명에 따른 배치식 기판처리장치(100)는 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내에 냉각가스를 공급하는 냉각가스 공급부(150); 및 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)에서 상기 냉각가스를 배출하여 상기 냉각가스의 흐름을 형성하는 냉각가스 배출부(160);를 더 포함할 수 있다.
냉각가스 공급부(150)는 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내에 냉각가스를 공급할 수 있으며, 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)에 각각 배치되는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 냉각시킬 수 있다. 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 고주파 전원이 공급되어 플라즈마를 생성하면서 발열이 발생할 수 있으며, 이러한 발열에 의한 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 온도 상승에 의해 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 (금속) 저항을 증가시켜 전압(V) = 전류(I) × 저항(R) 수식에 의해 (유도) 전압(Voltage)이 증가되면서 플라즈마에 의해 생성되는 이온(ion)들의 에너지가 증가할 수 있고, 높은 에너지를 갖는 이온들이 복수의 제1 전극보호관(131) 및/또는 제2 전극보호관(132)의 표면을 강하게 충돌하면서 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)의 손상 및/또는 석영 등의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)을 이루는 소재(또는 재료)에 함유되어 있는 금속 성분 등의 파티클이 발생할 수 있다. 이렇게 발생된 파티클은 반응튜브(110) 내에서 오염 물질로 작용할 수 있으며, 박막의 (금속) 오염 문제를 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자의 제조공정 중에 발생하는 오염물 입자(또는 파티클)는 소자의 수율과 매우 밀접한 관련이 있으며, 특히 박막 공정 중에 발생하는 (금속) 오염 입자는 전류 도통을 시켜 전류 누설을 발생시키고, 이로 인해 소자의 오동작을 유발시킬 뿐만 아니라 제품의 수율에 치명적인 악 영항을 끼칠 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 냉각가스 공급부(150)를 통해 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내에 상기 냉각가스를 공급하여 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 냉각시킴으로써, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 온도 상승을 방지 또는 억제할 수 있으며, 이에 따라 플라즈마에 의해 생성되는 이온들의 에너지가 높아지는 것을 방지할 수 있고, 이온들의 높은 에너지로 인한 복수의 제1 전극보호관(131) 및/또는 제2 전극보호관(132)의 표면에서의 이온 충돌을 방지하여 (금속) 오염에 대한 영향성을 배제할 수 있다.
또한, 기판(10) 처리공정은 600 ℃ 이상의 고온에서 진행될 수 있으며, 니켈(Ni) 등의 금속으로 이루어진 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)이 600 ℃ 이상의 고온에서 산화될 수 있다. 이에 따라 냉각가스 공급부(150)를 통해 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내로 보호가스로서 상기 냉각가스를 공급하여 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 산화를 방지할 수도 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 수명도 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 냉각가스는 복수의 제1 전극보호관(131) 또는 제2 전극보호관(132)으로 공급될 수 있으며, 연결관(133)을 경유하여(또는 상기 연결관을 통해) 다른 전극보호관(131 or 132)으로 흘러갈 수 있다. 여기서, 냉각가스 공급부(150)는 상기 냉각가스의 유량(또는 공급량)을 측정하는 유량계(151)를 포함할 수 있으며, 유량계(151)를 통해 상기 냉각가스의 유량을 측정하여 상기 냉각가스의 공급량(또는 유량)을 조절할 수 있다.
냉각가스 배출부(160)는 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)에서 상기 냉각가스를 배출할 수 있으며, 이를 통해 상기 냉각가스의 흐름을 형성할 수 있다. 예를 들어, 냉각가스 공급부(150)는 복수의 제1 전극보호관(131) 또는 제2 전극보호관(132)에 연결될 수 있고, 냉각가스 배출부(160)는 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 중 냉각가스 공급부(150)가 연결되지 않은 나머지 전극보호관(131 or 132)에 연결되어 복수의 제1 전극보호관(131) 또는 제2 전극보호관(132)으로 공급된 상기 냉각가스를 배출할 수 있으며, 복수의 제1 전극보호관(131) 또는 제2 전극보호관(132)으로 공급되어 연결관(133)을 통해 상기 나머지 전극보호관(131 or 132)으로 흘러온 상기 냉각가스를 배출할 수 있다.
본 발명에서는 냉각가스 공급부(150), 연결관(133) 및 냉각가스 배출부(160)를 통해 복수의 제1 전극보호관(131) 또는 제2 전극보호관(132), 연결관(133), 상기 나머지 전극보호관(131 or 132)을 통과하는 상기 냉각가스의 유로를 형성할 수 있으며, 상기 냉각가스가 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)에 효과적으로 흘러 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)을 효과적으로 냉각시킬 수 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 복수의 연결관(133)은 각 제1 전극보호관(131)의 일단부(예를 들어, 상단부)를 제2 전극보호관(132)의 일단부와 연결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극의 전압 파형 및 전기장을 설명하기 위한 개념도로, 도 3(a)는 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극의 전압 파형을 나타내고, 도 3(b)는 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극의 전기장을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 접지 전극(122)에는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 인가되는 전압이 합성(또는 병합)되어 높은 유도 전압(예를 들어, 2배의 전압)이 유도될 뿐만 아니라 전기장이 중첩됨으로 인해 (제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)보다) 높은 발열이 발생할 수 있다. 즉, 공통의 접지 전극(122)은 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극 모두의 영향을 받아 전기장이 중첩될 수 있으며, 이로 인해 접지 전극(122)에는 높은 발열이 발생할 수 있다.
자세하게는, 공통의 접지 전극(122)을 사용하는 3전극 구조에서는 제1 전원공급 전극(121a)에 인가된 전압과 제2 전원공급 전극(121b)에 인가된 전압이 동일 위상차를 같게 되어 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)보다 높은 전기장이 접지 전극(122)에 유기되게 되며, 이에 따른 원하지 않는 높은 전기장으로 인하여 전기장에 비례하는 플라즈마 포텐셜(potential)이 증가하게 된다. 이렇게 접지 전극(122)에 플라즈마 포텐셜이 증가하게 되면, 접지 전극(122)의 높은 발열을 발생시키고, 플라즈마 데미지(Plasma Damage)가 발생할 수도 있으며, 2배의 전압이 유도되는 접지 전극(122)뿐만 아니라 접지 전극(122) 주변의 제2 전극보호관(132), 격벽(125), 반응튜브(110) 등에 플라즈마 데미지가 발생하여 손상될 수 있다.
이에, 높은 발열이 발생하는 접지 전극(122)에 대한 효과적인 냉각이 필요하다.
접지 전극(122)에 대한 효과적인 냉각을 위해 냉각가스 공급부(150)는 제2 전극보호관(132)과 연결될 수 있고, 냉각가스 배출부(160)는 복수의 제1 전극보호관(131)과 각각 연결될 수 있다. 냉각가스 공급부(150)가 제2 전극보호관(132)에 연결되어 접지 전극(122)이 배치(또는 삽입)된 제2 전극보호관(132)으로 가장 먼저 차가운 상기 냉각가스를 공급함으로써, 다른 전극보호관(즉, 상기 제1 전극보호관)을 거치지 않아 차가운 상태의 상기 냉각가스로 높은 발열이 발생하는 접지 전극(122)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 즉, 상기 냉각가스가 차가운 상태에서 높은 발열이 발생하는 접지 전극(122)과 접촉함으로써, 상기 냉각가스와 접지 전극(122) 간에 큰 온도차가 발생하여 상기 냉각가스와 접지 전극(122) 간에 활발한(또는 효과적인) 열교환이 이루어질 수 있고, 이에 따라 높은 발열이 발생하는 접지 전극(122)이 효과적으로 냉각될 수 있다.
반대로, 냉각가스 공급부(150)가 복수의 제1 전극보호관(131) 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 복수의 제1 전극보호관(131) 중 적어도 어느 하나부터 상기 냉각가스를 공급하는 경우에는 상기 냉각가스가 상기 복수의 제1 전극보호관(131) 중 적어도 어느 하나를 지나는 동안 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)과 열교환하면서 데워지게 되고, 데워진 상기 냉각가스와 접지 전극(122) 간의 온도차가 미미해져(또는 줄어들어) 높은 발열이 발생하는 접지 전극(122)의 냉각이 미미할(또는 효과적이지 않을) 수 있다.
냉각가스 배출부(160)는 복수의 제1 전극보호관(131)과 각각 연결될 수 있으며, 제2 전극보호관(132)으로 공급되어 접지 전극(122)을 냉각시킨 상기 냉각가스를 (복수의) 연결관(133)을 통해 각 제1 전극보호관(131)으로 이동(또는 유입)시킬 수 있고, 복수의 제1 전극보호관(131)에 각각 유입된 상기 냉각가스로 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극(121b)을 각각 냉각시킨 후에 상기 냉각가스를 배출할 수 있다. 이에 따라 냉각가스 공급부(150)를 통해 제2 전극보호관(132)에 공급되어 각 연결관(133)을 통과해 각 제1 전극보호관(131)을 거친 후에 냉각가스 배출부(160)로 배출되는 상기 냉각가스의 흐름을 형성할 수 있으며, 제2 전극보호관(132)을 중심으로 제2 전극보호관(132)에서 양측의 제1 전극보호관(131)으로 상기 냉각가스가 분기(또는 분배)되는 2개의 상기 냉각가스의 흐름이 형성될 수 있다.
여기서, 제2 전극보호관(132)으로 공급된 상기 냉각가스는 높은 발열이 발생하는 접지 전극(122)을 냉각시킨 후에 복수의 연결관(133)을 통해 복수의 제1 전극보호관(131)으로 분배되어 이동할 수 있으며, 접지 전극(122)과의 열교환으로 데워지더라도 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)의 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)을 냉각시킬 수 있다. 이때, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에는 (접지 전극(122)보다) 낮은 발열이 발생하며, 이로 인해 접지 전극(122)과의 열교환으로 데워진 상기 냉각가스로도 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)을 충분히 냉각시킬 수 있다.
한편, 제2 전극보호관(132)으로 상기 냉각가스를 공급하고 복수의 연결관(133)을 통해 복수의 제1 전극보호관(131)으로 분배하여 2개의 상기 냉각가스의 흐름을 형성하는 경우에는 2개의 상기 냉각가스의 흐름이 서로 간섭하지 않고 원활할 수 있다. 반대로, 복수의 제1 전극보호관(131)으로 상기 냉각가스를 공급하여 제2 전극보호관(132)으로 상기 냉각가스를 배출하는 경우에는 복수의 제1 전극보호관(131)으로 공급된 상기 냉각가스가 복수의 연결관(133)을 통해 하나의 제2 전극보호관(132)으로 합류되면서(또는 합쳐지면서) 병목 현상(bottleneck) 및/또는 와류(vortex)가 발생할 수 있으며, 이로 인해 상기 냉각가스의 흐름이 원활하지 않게 되고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b) 및/또는 접지 전극(122)의 냉각이 효과적이지 않을 수 있다. 즉, 상기 냉각가스가 복수의 제1 전극보호관(131)으로부터 하나의 제2 전극보호관(132)에 합쳐짐으로 인해 2개의 상기 냉각가스의 흐름이 서로 간섭되고, 이에 따라 상기 냉각가스의 흐름이 원활하지 않을 수 밖에 없다.
여기서, 냉각가스 배출부(160)는 복수의 제1 전극보호관(131)과 각각 연결되는 배기 라인(161)을 포함할 수 있다. 배기 라인(161)은 복수의 제1 전극보호관(131)과 각각 연결될 수 있으며, 제2 전극보호관(132)으로 공급되어 접지 전극(122)을 냉각시키고 복수의 연결관(133)을 통해 복수의 제1 전극보호관(131)으로 분배되어 이동된 후에 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)을 냉각시킨 상기 냉각가스가 배출될 수 있다. 이때, 배기 라인(161)이 복수의 제1 전극보호관(131)과 각각 연결되어 상기 냉각가스가 배출되는 곳(예를 들어, 배기구)이 상기 냉각가스가 공급되는 곳(예를 들어, 유입구)보다 많아짐(또는 넓어짐)으로써, 상기 냉각가스가 원활하게 배출될 수 있고, 상기 냉각가스의 공급에 따라 상기 냉각가스의 흐름이 원활하게 이루어질 수 있다.
그리고 배기 라인(161)은 펌핑포트에 연결되는 제1 배기라인(161a); 및 제1 배기라인(161a)과 분기되는 제2 배기라인(161b)을 포함할 수 있다. 제1 배기라인(161a)은 펌핑포트(pumping port)에 연결될 수 있으며, 배기 라인(161)의 적어도 일부(예를 들어, 상기 제1 배기라인)에 배기압(또는 배기 압력)을 형성할 수 있고, 복수의 제1 전극보호관(131)으로부터 상기 냉각가스를 원활하게 배출시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 배기라인(161a)은 상기 펌핑포트에 연결된 진공펌프(vacuum pump, 165)와 연결될 수 있으며, 접지 전극(122) 및 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)과의 열교환으로 데워진 상기 냉각가스를 빠르게 배출할 수 있고, 접지 전극(122)과 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)을 급속히 냉각시켜 접지 전극(122)과 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)의 냉각 효율을 증진시킬 수 있다.
제2 배기라인(161b)은 제1 배기라인(161a)과 분기될 수 있으며, 진공펌프(165) 등을 통한 인위적인 배기압의 형성 없이 상기 냉각가스를 대기로 배기시킬 수 있다.
여기서, 각 제1 전극보호관(131) 내의 상기 냉각가스의 유량은 제2 전극보호관(132) 내의 상기 냉각가스의 유량보다 적을 수 있으며, 이에 따라 하나의 진공펌프(165)로 복수의 제1 전극보호관(131)에서 동시에 상기 냉각가스를 배출시키는 경우에도 효과적으로 상기 냉각가스를 배출할 수 있다. 또한, 제2 전극보호관(132)의 내부압력보다 각 제1 전극보호관(131)의 내부압력이 낮아져 제2 전극보호관(132)으로부터 각 제1 전극보호관(131)으로 상기 냉각가스가 효과적으로 흐를 수 있다.
이때, 냉각가스 배출부(160)는 배기 라인(161)의 내경을 조절하는 직경조절부재(163)를 더 포함할 수 있다. 직경조절부재(163)는 배기 라인(161)의 내경을 조절할 수 있으며, 적어도 제1 배기라인(161a)의 내경을 조절할 수 있다. 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)은 석영 등으로 이루어져 진공압(또는 음압)에 의해 깨질 수 있으므로, 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내를 적정한 (내부)압력(예를 들어, 대기압 수준)으로 유지하는 것이 바람직하다. 직경조절부재(163) 없이 진공펌프(165)를 통해 배기 라인(161)에 배기압을 형성하는 경우에는 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내에 너무 낮은 (내부)압력(또는 진공압)이 형성되어 복수의 제1 전극보호관(131) 및/또는 제2 전극보호관(132)이 깨질 수 있다. 이에 따라 직경조절부재(163)를 통해 배기 라인(161) 중 적어도 제1 배기라인(161a)의 내경을 감소시켜(또는 조절하여) 진공펌프(165)를 통해 배기 라인(161)에 배기압을 형성하더라도 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내를 적정한 (내부)압력으로 유지할 수 있다.
예를 들어, 직경조절부재(163)는 오리피스(orifice)를 포함할 수 있으며, 1/4 인치(in) 제1 배기라인(161a)에 오리피스를 삽입하여 접지 전극(122)과 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)을 냉각시킨 상기 냉각가스가 진공펌프(165)로 일정하게 배출되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 오리피스는 구멍이 뚫린 얇은 판으로서 압력 강하 및 흐름 제한의 목적으로 사용할 수 있으며, 안정적인 배기 압력으로 상기 냉각가스를 배출하는 데에 도움을 줄 수 있다.
한편, 본 발명의 배치식 기판처리장치(100)는 접지 전극(122)과 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)을 냉각시킨 상기 냉각가스의 배출량을 조절하기 위해 배기 라인(161)에 설치되는 니들(Needle) 밸브(164)를 더 포함할 수 있다. 니들 밸브(164)는 배기 라인(161)에 설치될 수 있으며, 미세한 유량을 조절할 수 있다. 여기서, 니들 밸브(164)는 수동으로 초미세 유량을 제어할 수 있어 진공 배기 및/또는 대기 배기(또는 열배기)하는 데에 배기량을 조절할 수 있다.
여기서, 냉각가스 배출부(160)는 제1 배기라인(161a)에 제공되는 제1 밸브(162a); 및 제2 배기라인(161b)에 제공되는 제2 밸브(162b)를 더 포함할 수 있다. 제1 밸브(162a)는 제1 배기라인(161a)에 제공될 수 있으며, 제1 밸브(162a)가 개방되는 경우에 제1 배기라인(161a)을 통한 배기가 이루어질 수 있고, 진공 배기가 이루어질 수 있다.
제2 밸브(162b)는 제2 배기라인(161b)에 제공될 수 있으며, 제2 밸브(162b)가 개방되는 경우에 제2 배기라인(161b)을 통한 배기가 이루어질 수 있고, 대기 배기가 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 밸브(162a)와 제2 밸브(162b)는 제1 전원공급 전극(121a)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)과 제2 전원공급 전극(121b)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)의 합류점(161c) 이후(또는 후단)에 제공(또는 설치)될 수 있으며, 제1 밸브(162a)와 제2 밸브(162b)의 개폐에 따라 합류점(161c)에서 진공 배기와 대기 배기가 분기될 수 있다.
이때, 제1 밸브(162a)는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 대한 전원 공급시에 개방될 수 있고, 제2 밸브(162b)는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 대한 전원 미공급시에 개방될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 (고주파) 전원이 공급되어 플라즈마를 생성하는 경우에 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)에 발열이 발생하게 되므로, 제1 밸브(162a)를 개방하여 배기 라인(161)의 배기압 형성을 통해 접지 전극(122)과 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)을 급속 냉각하여 접지 전극(122)과 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)의 냉각 효율을 증진시킬 수 있으며, 플라즈마의 생성이 필요하지 않아 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 전원이 공급되지 않는 경우에는 제2 밸브(162b)를 개방하여 접지 전극(122) 및 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)과의 열교환으로 데워진 상기 냉각가스를 대기 배기할 수 있다. 여기서, 제1 밸브(162a)를 개방하는 경우에는 제2 밸브(162b)를 닫을(또는 폐쇄)할 수 있고, 제2 밸브(162b)를 개방하는 경우에는 제1 밸브(162a)를 닫을 수 있다.
배기 라인(161)은 상기 냉각가스의 유량 1 slm(Standard Liter per Minute)당 0.15 mbar 이상의 배기 압력이 형성될 수 있으며, 구체적으로 상기 냉각가스의 유량 1 slm당 0.15 내지 20 mbar 이상의 배기 압력이 형성될 수 있다. 제2 전극보호관(132)으로(만) 상기 냉각가스를 공급하는 경우에는 상기 냉각가스가 복수의 제1 전극보호관(131)으로 균일하게 분배되어 흐를 수 있어야 하며, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)의 냉각 효율을 동일한 수준으로 유지시켜야 한다. 하지만, 접지 전극(122), 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 처짐(또는 기울어짐) 현상으로 각 전극(121 or 122)과 전극보호관(131 or 132) 사이의 간격이 불일정하게 되어 상기 냉각가스의 흐름이 방해받을 수 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b) 및/또는 접지 전극(122)의 냉각 효율을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
이에, 배기 라인(161)은 상기 냉각가스의 유량 1 slm당 0.15 mbar 이상의 배기 압력을 형성할 수 있으며, 이러한 경우에는 접지 전극(122), 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 처짐 현상을 억제 또는 방지하여 각 전극(121 or 122)과 전극보호관(131 or 132) 사이의 간격을 동일한 수준으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 각 전극(121 or 122)과 전극보호관(131 or 132) 사이의 간격이 일정하지 않아도 복수의 제1 전극보호관(131)으로 균등하게 분배되어 흐를 수 있고, 복수의 제1 전극보호관(131)에 (거의) 일정한(또는 동일한 수준의) 유량의 상기 냉각가스가 흐를 수 있어 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)의 냉각 효율이 균등해질 수 있다.
이때, 배기 라인(161)에 상기 냉각가스의 유량 1 slm당 20 mbar를 초과하는 배기 압력을 형성하게 되면, 상기 냉각가스가 너무 빠르게 흐르게 되어 접지 전극(122), 제1 전원공급 전극(121a) 및/또는 제2 전원공급 전극(121b)과의 열교환이 충분히 이루어지지 않게 되고, 오히려 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)의 냉각 효율이 저하될 수 있다.
한편, 제1 전원공급 전극(121a)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)과 제2 전원공급 전극(121b)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)의 배기 압력을 각각 조절(또는 제어)할 수도 있다. 제1 전원공급 전극(121a)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)과 제2 전원공급 전극(121b)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)의 배기 압력을 각각 조절함으로써, 복수의 제1 전극보호관(131)에 (거의) 일정한 유량의 상기 냉각가스가 흐르게 할 수 있다. 이때, 복수의 제1 전극보호관(131) 각각의 유량을 측정하여 제1 전원공급 전극(121a)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)과 제2 전원공급 전극(121b)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)의 배기 압력을 각각 조절할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b) 각각의 온도 등에 따라 적절한 냉각을 위해 복수의 제1 전극보호관(131) 각각의 유량이 달라지도록 제1 전원공급 전극(121a)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)과 제2 전원공급 전극(121b)이 배치된 제1 전극보호관(131)에 연결된 배기 라인(161)의 배기 압력을 각각 조절할 수도 있다.
복수의 연결관(133)은 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)의 내경보다 작은 내경을 가질 수 있다. 복수의 연결관(133)이 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)의 내경보다 작은 내경을 갖는 경우에는 제2 전극보호관(132) 내에 상기 냉각가스가 충분히 채워진 후에 복수의 제1 전극보호관(131)으로 분배되어 흐를 수 있으며, 제2 전극보호관(132) 내가 상기 냉각가스가 충분히 채워짐으로써, 접지 전극(122)의 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
반대로, 복수의 연결관(133)이 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)의 내경 이상의 내경을 갖는 경우에는 제2 전극보호관(132) 내로 공급된 상기 냉각가스가 제2 전극보호관(132) 내에 (충분히) 채워지기 전에 복수의 연결관(133)으로 흘러 나가버릴 수 있고, 상기 냉각가스가 접지 전극(122), 제1 전원공급 전극(121a) 및/또는 제2 전원공급 전극(121b)의 표면 전체에 제공되지 못하여 산화 방지 효과가 저하될 수 있고, 열교환이 이루어지지 못하는 부분이 생겨 냉각 효율이 저하될 뿐만 아니라 접지 전극(122), 제1 전원공급 전극(121a) 및/또는 제2 전원공급 전극(121b)에 위치별 온도 불균일이 발생하여 접지 전극(122), 제1 전원공급 전극(121a) 및/또는 제2 전원공급 전극(121b)이 손상되거나, 플라즈마 방전(또는 생성) 성능에도 영향을 줄 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 복수의 연결관(133)의 내경을 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132)의 내경보다 작게 하여 이러한 문제들을 해결할 수 있다.
여기서, 상기 냉각가스는 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 상기 불활성 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 등일 수 있다. 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내에 질소(N2) 등의 불활성 가스를 공급함으로써, 복수의 제1 전극보호관(131)과 제2 전극보호관(132) 내에 산소(O2)가 유입 또는 머무르는 것을 방지할 수 있고, 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)이 산소(O2)와 반응하여 산화되는 것을 방지할 수 있다.
냉각가스 공급부(150)는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 대한 전원 미공급시에 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 대한 전원 공급시보다 적은 유량의 상기 냉각가스를 공급할 수 있다. 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)과 접지 전극(122)에는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 전원을 공급하여 플라즈마를 생성하는 경우에만 발열이 발생하게 되므로, 플라즈마 생성(또는 방전)을 하지 않아 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 전원을 공급하지 않는 경우에는 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)의 전원 공급시 유량(예를 들어, 10 slm)보다 적은 유량(예를 들어, 3 slm)의 상기 냉각가스를 공급할 수 있으며, 일반적인 대기 배기로 배출하여 에너지 소비를 절약할 수 있다.
본 발명에 따른 배치식 기판처리장치(100)는 복수의 제1 전극보호관(131)에 각각 연결되며, 각 제1 전극보호관(131)과 연통되는 내부공간의 측벽에 상기 냉각가스가 배출되는 배기구(141a)가 형성되는 복수의 제1 실링캡(141); 및 제2 전극보호관(132)에 연결되며, 제2 전극보호관(132)과 연통되는 내부공간의 측벽에 상기 냉각가스가 공급되는 유입구(142a)가 형성되는 제2 실링캡(142);을 더 포함할 수 있다.
복수의 제1 실링캡(141)은 복수의 제1 전극보호관(131)에 각각 연결될 수 있으며, 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 적어도 일부가 삽입(또는 수용)되도록 각 제1 전극보호관(131)과 연통되는 내부공간을 가질 수 있다. 그리고 복수의 제1 실링캡(141)은 상기 각 제1 전극보호관(131)과 연통되는 내부공간의 측벽에 반경방향으로 상기 냉각가스가 배출되는 배기구(141a)가 형성될 수 있다. 즉, 배기구(141a)는 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 연장방향과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 실링캡(141)은 복수의 제1 전극보호관(131) 각각의 타단(예를 들어, 하단)에 연결될 수 있으며, 각 제1 전극보호관(131)과 제1 실링캡(141)의 사이에는 O링 등의 제1 실링부재(135)가 개재될 수 있다. 그리고 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극(121b)의 후단(또는 하단)은 각 제1 실링캡(141)을 관통하여 인출될 수 있으며, 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극(121b)은 각 제1 실링캡(141)의 내부공간에 수용되는 다른 부분보다 폭이 넓어진 돌출부가 형성될 수 있고, 각 제1 실링캡(141) 후단부(예를 들어, 하단부)의 단차에 걸쳐질 수 있다. 여기서, 상기 돌출부는 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극(121b) 자체가 돌출되도록 형성될 수도 있고, 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극(121b)에 동일 소재 또는 다른 소재를 덧대어 형성할 수도 있다. 이때, 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 상기 돌출부와 각 제1 실링캡(141) 후단부의 단차 사이에는 O링 등의 제2 실링부재(145)가 개재될 수 있다. 이에 따라 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극(121b)이 안정적으로 지지되어 제1 전원공급 전극(121a)과 제2 전원공급 전극(121b)의 처짐 현상을 방지 또는 억제할 수 있고, 각 제1 전극보호관(131)의 타단이 밀폐될 수 있다.
제2 실링캡(142)은 제2 전극보호관(132)에 연결될 수 있으며, 접지 전극(122)의 적어도 일부가 삽입되도록 제2 전극보호관(132)과 연통되는 내부공간을 가질 수 있다. 그리고 제2 실링캡(142)은 상기 제2 전극보호관(132)과 연통되는 내부공간의 측벽에 반경방향으로 상기 냉각가스가 공급되는 유입구(142a)가 형성될 수 있다. 즉, 유입구(142a)는 접지 전극(122)의 연장방향과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 실링캡(142)은 제2 전극보호관(132)의 타단에 연결될 수 있으며, 제2 전극보호관(132)과 제2 실링캡(142)의 사이에는 제1 실링부재(135)가 개재될 수 있다. 그리고 접지 전극(122)의 후단은 제2 실링캡(142)을 관통하여 인출될 수 있으며, 접지 전극(122)은 제2 실링캡(142)의 내부공간에 수용되는 다른 부분보다 폭이 넓어진 돌출부가 형성될 수 있고, 제2 실링캡(142) 후단부의 단차에 걸쳐질 수 있다. 여기서, 상기 돌출부는 접지 전극(122) 자체가 돌출되도록 형성될 수도 있고, 접지 전극(122)에 동일 소재 또는 다른 소재를 덧대어 형성할 수도 있다. 이때, 접지 전극(122)의 상기 돌출부와 제2 실링캡(142) 후단부의 단차 사이에는 제2 실링부재(145)가 개재될 수 있다. 이에 따라 접지 전극(122)이 안정적으로 지지되어 접지 전극(122)의 처짐 현상을 방지 또는 억제할 수 있고, 제2 전극보호관(132)의 타단이 밀폐될 수 있다.
한편, 접지 전극(122)의 연장방향과 수직한 방향으로 형성된 유입구(142a)를 통해 접지 전극(122)의 측면을 향해 상기 냉각가스를 공급함으로써, 상기 냉각가스가 접지 전극(122)의 측면을 타고 빠르면서도 효과적으로 확산될 수 있고, 접지 전극(122)의 표면에 접하여 상기 냉각가스가 흐르게 되어 접지 전극(122)와 상기 냉각가스 간에 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 연장방향과 수직한 방향으로 형성된 배기구(141a)를 통해서는 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 측면을 타고 빠르면서도 효과적인 상기 냉각가스의 흐름을 형성함으로써, 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)의 표면에 접하여 상기 냉각가스가 흐르게 되어 제1 전원공급 전극(121a) 또는 제2 전원공급 전극(121b)와 상기 냉각가스 간에 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있다.
그리고 제2 실링캡(142)의 유입구(142a)와 제1 실링캡(141)의 배기구(141a)는 크기(또는 직경) 및/또는 개수가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 실링캡(142)에는 접지 전극(122)을 효과적으로 냉각하면서 복수의 제1 전극보호관(131)으로 분배하여 충분한 양의 상기 냉각가스를 제공할 수 있도록 많은 양의 상기 냉각가스를 제2 전극보호관(132)에 공급하기 위해 제1 실링캡(141)의 배기구(141a)보다 많은 2개의 유입구(142a)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 실링캡(141)의 배기구(141a)를 통해 상기 냉각가스가 효과적으로 배출될 수 있도록 제1 실링캡(141)에는 제2 실링캡(142)의 유입구(142a)보다 큰 크기의 배기구(141a)가 형성될 수 있다.
본 발명의 배치식 기판처리장치(100)는 복수의 기판(10)을 처리하는 공정에 필요한 상기 공정가스를 공급하는 가스 공급관(170); 및 반응튜브(110) 내를 배기하는 배기부(180);를 더 포함할 수 있다.
가스 공급관(170)은 복수의 기판(10)을 처리하는 공정에 필요한 상기 공정가스를 공급할 수 있으며, 플라즈마 형성부(120)를 통해 반응튜브(110) 내로 공급할 수 있고, 상기 방전공간에 상기 공정가스를 토출(또는 분사)하는 토출구(171)를 포함할 수 있다. 이때, 플라즈마 형성부(120)는 상기 반응튜브(110)의 길이방향으로 배열되어, 상기 플라즈마에 의해 분해된 상기 공정가스 중 라디칼을 처리공간(111)으로 공급하는 복수의 분사구(125a)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 분사구(125a)는 격벽(125)에 형성될 수 있고, 상기 라디칼을 처리공간(111)으로 공급할 수 있다.
여기서, 가스 공급관(170)은 복수개로 구성되어 반응튜브(110)의 중심에서 접지 전극(122)을 향해 연장하는 (가상)선을 중심으로 대칭되어 배치될 수 있다. 이를 통해 제1 전원공급 전극(121a)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극(121b)과 접지 전극(122) 사이의 이격공간에 균일하게 상기 공정가스를 공급할 수 있다.
배기부(180)는 반응튜브(110) 내를 배기할 수 있으며, 플라즈마 형성부(120)와 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 배기부(180)는 처리공간(111) 내에 배치되어 처리공간(111) 내의 공정 잔류물을 외부로 배기하는 역할을 할 수 있다. 배기부(180)는 상기 반응튜브(110)의 길이방향(또는 상하방향)으로 연장되는 배기노즐, 상기 배기노즐에 연결되는 배기라인 및 배기펌프로 구성될 수 있다. 상기 배기노즐은 플라즈마 형성부(130)의 분사구(125a)와 대향할 수 있고, 상기 기판 보트의 단위 처리공간들에 각각 대응하여 상하방향으로 배열된 복수의 배기홀을 구비할 수 있다.
이에, 플라즈마 형성부(120)의 분사구(125a)와 배기부(180)의 배기홀이 서로 대응하여, 기판(10)이 적재되는 상기 반응튜브(110)의 길이방향과 교차하는 기판(10)의 표면과 평행한 방향으로 동일선 상에 위치함으로써, 분사구(125a)에서 분사되는 라디칼들이 상기 배기홀로 유입되면서 라미나 플로우(Laminar Flow)될 수 있으며, 이에 따라 상기 분사구(125a)에서 분사되는 라디칼들이 기판(10)의 상부면으로 균일하게 공급될 수 있다.
여기서, 상기 공정가스는 1종 이상의 가스를 포함할 수 있으며, 소스가스 및 상기 소스가스와 반응하여 박막 물질을 반응가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(10) 상에 증착될 박막 물질이 실리콘 질화물인 경우, 상기 소스가스는 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 등의 실리콘을 함유하는 가스를 포함할 수 있고, 반응가스는 NH3, N2O, NO 등의 질소를 함유하는 가스를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 배치식 기판처리장치(100)는 복수의 기판(10)을 가열하기 위해 반응튜브(110)를 둘러싸는 상기 가열수단;을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판 보트는 처리공정의 균일성을 위해 상기 기판 보트의 하부에 연결된 회전수단에 의해 회전될 수도 있다.
그리고 상기 RF 전원은 펄스(pulse) 형태의 RF 전력이 공급될 수 있다. 펄스 형태의 RF 전력은 1kHz ~ 10kHz의 펄스 주파수 영역대에서 펄스의 폭과 듀티비(duty ratio)가 조절될 수 있다. 상기 듀티비는 온 주기와 오프 주기의 비를 의미한다. 펄스 형태의 RF 전력을 제1 및 제2 전원공급 전극(121a, 121b)에 인가하면, 플라즈마가 주기적으로 온/오프될 수 있으며, 플라즈마가 펄스 형태로 발생될 수 있고, 이로 인해 처리공정 동안에 복수의 전극(121,122) 및 격벽(125)에 손상을 입히고 파티클을 발생시키는 이온의 밀도는 낮출 수 있는 반면, 라디칼의 밀도는 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 처리공정의 효율을 유지하면서도 플라즈마에 의해 복수의 전극(121,122) 및 격벽(125)이 손상되고 파티클이 발생되는 것을 감소하거나 방지할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 전극 보호부를 통해 복수의 전극을 전기적으로 절연시키는 동시에 플라즈마 분위기에 노출되는 복수의 전극을 플라즈마로부터 보호할 수 있으며, 플라즈마에 의해 발생될 수 있는 오염 또는 파티클로부터 복수의 전극을 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 복수의 연결관을 통해 복수의 제1 전극보호관이 각각 제2 전극보호관과 연결되어 전극 보호부가 구성됨으로써, 각 제1 전극보호관과 제2 전극보호관의 간격을 유지하여 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극의 간격을 동일하게 유지할 수 있고, 제1 전원공급 전극과 접지 전극 사이의 이격공간 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극 사이의 이격공간이 동일한 부피를 갖게 하여 복수의 플라즈마 발생공간 간에 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있다. 그리고 복수의 연결관을 통해 복수의 제1 전극보호관 각각을 제2 전극보호관과 연통시킴으로써, 복수의 제1 전극보호관과 제2 전극보호관 내에 냉각가스를 공급하면서 냉각가스 공급부와 냉각가스 배출부를 통한 냉각가스의 흐름을 형성할 수 있고, 이에 따라 플라즈마를 생성하면서 발열이 발생하는 제1 및 제2 전원공급 전극과 접지 전극을 효과적으로 냉각할 수 있다. 이때, 제1 전원공급 전극과 제2 전원공급 전극 모두의 영향을 받아 전기장이 중첩됨으로 인해 높은 발열이 발생하는 접지 전극에 제공되는 제2 전극보호관으로 냉각가스를 공급함으로써, 접지 전극의 높은 발열을 효과적으로 냉각할 수 있으며, 제2 전극보호관으로 공급된 많은 유량의 냉각가스가 복수의 제1 전극보호관으로 나눠져 배출됨으로써, 냉각가스의 흐름이 원활할 수 있다. 여기서, 복수의 제1 전극보호관과 각각 연결된 배기라인을 펌핑포트와 연결함으로써, 접지 전극, 제1 전원공급 전극 및/또는 제2 전원공급과의 열교환으로 인해 데워진 냉각가스를 빠르게 배출할 수 있고, 이에 따라 더욱 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다. 한편, 배기 라인에 냉각가스의 유량 1 slm당 0.15 mbar 이상의 배기 압력을 형성함으로써, 제1 전원공급 전극 및/또는 제2 전원공급 전극이 기울어져 제1 전극보호관과의 간격이 동일하지 않은 경우에도 냉각가스가 균등하게 복수의 제1 전극보호관에 공급될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 기판 100 : 배치식 기판처리장치
110 : 반응튜브 111 : 처리공간
120 : 플라즈마 형성부 121a: 제1 전원공급 전극
121b: 제2 전원공급 전극 122 : 접지 전극
125 : 격벽 125a: 분사구
130 : 전극 보호부 131 : 제1 전극보호관
132 : 제2 전극보호관 133 : 연결관
135 : 제1 실링부재 141 : 제1 실링캡
141a: 배기구 142 : 제2 실링캡
142a: 유입구 145 : 제2 실링부재
150 : 냉각가스 공급부 151 : 유량계
160 : 냉각가스 배출부 161 : 배기 라인
161a: 제1 배기라인 161b: 제2 배기라인
161c: 합류점 162a: 제1 밸브
162b: 제2 밸브 163 : 직경조절부재
164 : 니들 밸브 165 : 진공펌프
170 : 가스 공급관 171 : 토출구
180 : 배기부
110 : 반응튜브 111 : 처리공간
120 : 플라즈마 형성부 121a: 제1 전원공급 전극
121b: 제2 전원공급 전극 122 : 접지 전극
125 : 격벽 125a: 분사구
130 : 전극 보호부 131 : 제1 전극보호관
132 : 제2 전극보호관 133 : 연결관
135 : 제1 실링부재 141 : 제1 실링캡
141a: 배기구 142 : 제2 실링캡
142a: 유입구 145 : 제2 실링부재
150 : 냉각가스 공급부 151 : 유량계
160 : 냉각가스 배출부 161 : 배기 라인
161a: 제1 배기라인 161b: 제2 배기라인
161c: 합류점 162a: 제1 밸브
162b: 제2 밸브 163 : 직경조절부재
164 : 니들 밸브 165 : 진공펌프
170 : 가스 공급관 171 : 토출구
180 : 배기부
Claims (14)
- 복수의 기판이 수용되는 처리공간을 갖는 반응튜브;
상기 반응튜브의 길이방향을 따라 연장되며, 서로 이격되어 배치되는 복수의 전극; 및
상기 복수의 전극을 보호하는 전극 보호부;를 포함하고,
상기 복수의 전극은,
서로 이격되는 제1 및 제2 전원공급 전극; 및
상기 제1 전원공급 전극 및 상기 제2 전원공급 전극 사이에 제공되는 접지 전극을 포함하며,
상기 전극 보호부는,
상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 각각 제공되는 복수의 제1 전극보호관;
상기 접지 전극에 제공되는 제2 전극보호관; 및
상기 복수의 제1 전극보호관 각각을 상기 제2 전극보호관과 연결하여 연통시키는 복수의 연결관을 포함하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 전극은 상기 제1 전원공급 전극과 상기 접지 전극 사이의 이격공간 및 상기 제2 전원공급 전극과 상기 접지 전극 사이의 이격공간에 용량 결합 플라즈마(CCP)를 형성하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 제1 전극보호관과 상기 제2 전극보호관 내에 냉각가스를 공급하는 냉각가스 공급부; 및
상기 복수의 제1 전극보호관과 상기 제2 전극보호관에서 상기 냉각가스를 배출하여 상기 냉각가스의 흐름을 형성하는 냉각가스 배출부;를 더 포함하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 냉각가스 공급부는 상기 제2 전극보호관과 연결되고,
상기 냉각가스 배출부는 상기 복수의 제1 전극보호관과 각각 연결되는 배치식 기판처리장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 냉각가스 배출부는 상기 복수의 제1 전극보호관과 각각 연결되는 배기 라인을 포함하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 냉각가스 배출부는 상기 배기 라인의 내경을 조절하는 직경조절부재를 더 포함하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 배기 라인은,
펌핑포트에 연결되는 제1 배기라인; 및
상기 제1 배기라인과 분기되는 제2 배기라인을 포함하고,
상기 냉각가스 배출부는,
상기 제1 배기라인에 제공되는 제1 밸브; 및
상기 제2 배기라인에 제공되는 제2 밸브를 더 포함하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 밸브는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 공급시에 개방되고,
상기 제2 밸브는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 미공급시에 개방되는 배치식 기판처리장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 배기 라인은 상기 냉각가스의 유량 1 slm당 0.15 mbar 이상의 배기 압력이 형성되는 배치식 기판처리장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 복수의 연결관은 상기 복수의 제1 전극보호관과 상기 제2 전극보호관의 내경보다 작은 내경을 갖는 배치식 기판처리장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 냉각가스는 불활성 가스를 포함하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 냉각가스 공급부는 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 미공급시에 상기 제1 및 제2 전원공급 전극에 대한 전원 공급시보다 적은 유량의 상기 냉각가스를 공급하는 배치식 기판처리장치. - 청구항 3에 있어서,
각 상기 제1 전극보호관 내의 상기 냉각가스의 유량은 상기 제2 전극보호관 내의 상기 냉각가스의 유량보다 적은 배치식 기판처리장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 복수의 제1 전극보호관에 각각 연결되며, 각 상기 제1 전극보호관과 연통되는 내부공간의 측벽에 상기 냉각가스가 배출되는 배기구가 형성되는 복수의 제1 실링캡; 및
상기 제2 전극보호관에 연결되며, 상기 제2 전극보호관과 연통되는 내부공간의 측벽에 상기 냉각가스가 공급되는 유입구가 형성되는 제2 실링캡;을 더 포함하는 배치식 기판처리장치.
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