KR20230125612A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20230125612A
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이성은
남호진
박재민
김태호
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간이 형성된 공정 챔버와, 상기 공정 챔버에 설치되며, 복수의 기판들이 안착되는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부 상으로 복수의 공정 가스들을 분사하기 위한 복수의 가스 인젝터들을 포함하고, 상기 기판 지지부에 대향되게 상기 공정 챔버에 설치된, 가스 분사부와, 상기 복수의 가스 인젝터들 중 적어도 하나의 제 1 가스 인젝터 상에 결합되고, 마이크로웨이브 생성부로부터 공급된 마이크로웨이브 전력을 상기 제 1 가스 인젝터로 커플링하기 위한 안테나부가 바닥면에 형성된 마이크로웨이브 전달부를 포함하고, 상기 안테나부는 상기 가스 분사부의 중심부에 인접한 내측에서 상기 가스 분사부의 외주부에 인접한 외측으로 길이 방향을 따라서 이격 형성된 복수의 슬롯들을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Apparatus for processing substrate and method of processing substrate}
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판은 다양한 기판 처리 장치에 의해서 처리된다. 예를 들어, 기판 처리 장치는 기판 상에 박막을 형성하거나 또는 기판 상의 박막을 식각하는 데 이용될 수 있다. 이러한 기판 처리 장치는 공정 가스를 이용하여 박막을 증착하거나 박막을 에칭할 수 있다.
반도체 소자의 고집적화로, 박막의 두께가 얇아지고 원자층 단위의 제어가 필요해지고 있다. 이에 따라, 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)을 이용한 박막증착이 이용되고 있다. 이러한, 원자층증착(ALD) 공정은 크게 공간 분할 방식과 시간 분할 방식의 두 가지 방식이 사용되고 있다. 공간 분할 방식의 원자층증착 공정은 공정 가스들이 연속적으로 분사되는 동안 복수의 기판들이 회전하는 방식으로 생산성이 높아서 최근 널리 사용되고 있다.
이러한 원자층증착 장치에서, 반응성을 높이기 위해서 플라즈마를 이용한 공정이 늘고 있다. 예를 들어, 마이크로웨이브 전력을 가스 분사부 또는 가스 인젝터 내로 유도하여 가스 인젝터 내에서 플라즈마를 생성하는 방식이 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 공간 분할 방식의 원자층증착 장치에서, 플라즈마 전력이 균일하게 가스 분사부 또는 가스 인젝터로 전달되어도, 기판 지지부가 회전되고 있기 때문에 선속도의 차이로 인해서 기판의 내측과 외측에서 플라즈마 노출시간이 달라져서 박막 균일성이 감소하는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마를 이용한 원자층증착 공정에서 박막 균일성을 높일 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간이 형성된 공정 챔버와, 상기 공정 챔버에 설치되며, 복수의 기판들이 안착되는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부 상으로 복수의 공정 가스들을 분사하기 위한 복수의 가스 인젝터들을 포함하고, 상기 기판 지지부에 대향되게 상기 공정 챔버에 설치된, 가스 분사부와, 상기 복수의 가스 인젝터들 중 적어도 하나의 제 1 가스 인젝터 상에 결합되고, 마이크로웨이브 생성부로부터 공급된 마이크로웨이브 전력을 상기 제 1 가스 인젝터로 커플링하기 위한 안테나부가 바닥면에 형성된 마이크로웨이브 전달부를 포함하고, 상기 안테나부는 상기 가스 분사부의 중심부에 인접한 내측에서 상기 가스 분사부의 외주부에 인접한 외측으로 길이 방향을 따라서 이격 형성된 복수의 슬롯들을 포함하고, 상기 복수의 슬롯들은, 상기 내측 아래의 상기 제 1 가스 인젝터의 제 1 부분보다 상기 외측 아래의 상기 제 1 가스 인젝터의 제 2 부분에서 마이크로웨이브 전력의 커플링 효율이 증가하여 플라즈마 전계가 더 높아지도록 상기 복수의 슬롯들의 이격 거리 또는 폭이 조절된다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 복수의 슬롯들은 상기 내측에서 외측으로 상기 안테나부의 길이 방향을 따라서 적어도 두 개의 열로 복수의 행으로 형성되고, 각 슬롯은 상기 안테나부의 길이 방향을 따라서 연장되게 형성되고, 상기 복수의 슬롯들의 상기 내측에서 이격 거리는 상기 외측에서 이격 거리보다 작을 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 각 행에서 상기 복수의 슬롯들간의 이격 거리는 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 증가할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 각 행에서 상기 복수의 슬롯들의 폭은 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 감소할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 각 행에서 상기 복수의 슬롯들의 이격 거리는 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 증가하고, 각 행에서 상기 복수의 슬롯들의 폭은 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 감소할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 복수의 가스 인젝터들은 소스 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 소스 가스 인젝터, 반응 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 반응 가스 인젝터, 및 퍼지 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 퍼지 가스 인젝터를 포함하고, 상기 복수의 가스 인젝터들은 상기 가스 분사부의 원주 방향을 따라서 배치되고, 상기 적어도 하나의 반응 가스 인젝터는 상기 제 1 가스 인젝터를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 적어도 하나의 반응 가스 인젝터는 복수의 반응 가스 인젝터들을 포함하고, 상기 제 1 가스 인젝터는 상기 복수의 가스 인젝터들 중 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 안테나부와 상기 제 1 가스 인젝터 사이에 결합되어 상기 마이크 웨이브 전달부와 상기 제 1 가스 인젝터 사이의 가스 이동을 차단하면서 상기 마이크로웨이브 전력의 이동을 허용하는 유전체부를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이크로웨이브 플라즈마 분포를 조절하여 균일한 박막 형성이 가능한 기판 처리 장치를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 가스 분사부를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치에서 제 1 가스 인젝터 및 마이크로웨이브 전달부의 결합을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 마이크로웨이브 전달부에서 안테나부를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 1의 기판 처리 장치의 가스 분사부에서 제 1 가스 인젝터 내 유도된 플라즈마 세기를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치에서, 안테나부에서 각 행의 슬롯들의 이격 거리에 따른 플라즈마 전계를 보여주는 그래프이다.
도 7a는 비교예에 따른 기판 처리 장치에서 기판의 위치에 따른 온도 분포를 보여주는 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 기판의 위치에 따른 온도 분포를 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 마이크로웨이브 전달부 내 안테나부를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치에서, 슬롯들의 폭에 따른 플라즈마 전계를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 가스 분사부(120), 기판 지지부(130), 마이크로웨이브(microwave) 전달부(145)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(110)는 내부에 반응 공간(112)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)는 기밀을 유지하도록 구성되며, 반응 공간(112) 내 공정 가스를 배출하고 반응 공간(112) 내 진공도를 조절하도록 배기 포트(E)를 통해서 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다.
공정 챔버(110)는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 예컨대 상방에 개구가 형성된 몸체(102)와 개구를 덮도록 몸체(102) 상에 결합된 탑리드(104)를 포함할 수 있다. 나아가, 공정 챔버(110)는 기판(S)의 이동을 위하여 개폐 가능한 게이트(G)를 포함할 수 있다.
기판 지지부(130)는 공정 챔버(110)에 설치되며 복수의 기판들(S)이 안착될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(130)는 공정 챔버(110)의 반응 공간(112)에 가스 분사부(120)에 대향되게 설치될 수 있고, 그 상부에 기판(S)이 안착되는 복수의 안착홈들(132)을 포함할 수 있다. 기판 지지부(130)의 형상은 대체로 원판 모양이나, 이에 한정되지 않고 기판들(S)을 안정적으로 안착시킬 수 있도록 다양한 형상으로 제공될 수 있다.
일 예에서, 기판 지지부(130)는 샤프트(C)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(130)의 하면에 샤프트(C)가 결합되고, 샤프트(C)는 승하강이 가능하고 회전이 가능하도록 외부 모터(미도시)에 연결될 수 있다. 나아가, 공정 챔버(110)의 기밀 유지를 위하여 샤프트(C)와 공정 챔버(110) 사이에 벨로우즈관(미도시)이 연결될 수도 있다. 나아가, 기판 지지부(130)는 그 위에 기판(S)을 안치하도록 구성된다는 점에서, 기판 안착부, 서셉터 등으로 불릴 수도 있다.
선택적으로, 기판 지지부(130)는 그 내부에 기판(S)을 가열하기 위한 히터(미도시)를 포함할 수도 있다. 히터는 공정 챔버(110) 외부의 별도의 전원부로부터 전력을 공급받을 수 있다.
가스 분사부(120)은 기판들(S) 상으로 복수의 공정 가스들을 분사하기 위해서 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)은 공정 챔버(110)의 외부로부터 공급된 공정 가스들을 반응 공간(112)으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)은 기판 지지부(130) 상에 안착된 기판들(S)에 공정 가스를 분사하도록 기판 지지부(130)에 대항되게 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다.
가스 분사부(120)은 기판 지지부(130) 상으로 공정 가스들을 분사하기 위한 복수의 가스 인젝터들(124)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 인젝터들(124)은 가스 분사부(120)의 원주 방향을 따라서 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 가스 인젝터들(124)은 가스 분사부(120) 내 복수의 조각들로 구성될 수 있고, 가스 분사부(120)의 중심 근처에서 외주면 방향으로 신장되는 조각 구조들로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 분사부(120)은 중앙에 커튼 가스 인젝터(122)를 포함하고, 커튼 가스 인젝터(122) 주변에 원주 방향을 따라서 배치된 가스 인젝터들(124)을 포함할 수 있다. 커튼 가스 인젝터(122)에서는 공정 가스들의 혼합을 방지하기 위해서 불활성 가스를 분사할 수 있다. 나아가, 가스 인젝터들(124) 사이에는 공정 가스들의 배출을 위한 드레인부(미도시)가 개재될 수도 있다.
예를 들어, 각 가스 인젝터(124)는 외부로부터 공정 가스를 공급받기 위해 상측 또는 측부에 형성된 적어도 하나의 유입홀(126)과, 기판 지지부(130) 상에 공정 가스를 분사하기 위해서 기판들(S)을 바라보는 하면에 형성된 복수의 분사홀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 분사부(120)은 샤워 헤드로 불릴 수도 있다.
마이크로웨이브 전달부(145)는 가스 인젝터들(124) 중 적어도 하나의 가스 인젝터, 예컨대 제 1 가스 인젝터(124m) 상에 결합될 수 있다. 예를 들어, 마이크로웨이브 전달부(145)는 마이크로웨이브 생성부(140)로부터 공급된 마이크로웨이브 전력을 제 1 가스 인젝터(124m)로 전달할 수 있다. 마이크로웨이브 생성부(140)에서 생성된 마이크로웨이브 전력은 도파관(142)을 통해서 마이크로웨이브 전달부(145)로 공급될 수 있다. 가스 인젝터들(124) 중 제 1 가스 인젝터(124m)의 수는 하나 또는 복수로 적절하게 선택될 수 있다.
이에 따라, 제 1 가스 인젝터(124m) 내에는 마이크로웨이브 전력에 의해서 플라즈마가 생성될 수 있다. 제 1 가스 인젝터(124m) 내로 공급된 공정 가스는 이러한 플라즈마에 의해서 활성화될 수 있고, 이러한 활성화된 공정 가스, 예컨대 라디칼(radical)이 기판 지지부(130) 상의 기판들(S)로 분사될 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 제 1 가스 인젝터들(124m) 상에 복수의 마이크로웨이브 전달부들(145)이 각각 결합될 수 있다. 이 경우, 제 1 가스 인젝터들(124m)의 적어도 일부는 서로 다른 공정 가스들을 각각 분사할 수 있다.
전술한 기판 처리 장치(100)에 따르면, 공정 처리 중 가스 분사부(120)에서 가스 인젝터들(124)은 지속적으로 공정 가스들을 분사하고, 기판 지지부(130)는 회전될 수 있다. 이에 따라, 각 기판(S)은 가스 인젝터들(124)로부터 순차로 다른 공정 가스들을 제공받을 수 있다. 예를 들어, 각 기판(S)은 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스를 순차로 공급받을 수 있다. 나아가, 공정 가스들의 일부는 활성화되어 기판(S) 상에 공급될 수 있다. 이에 따라, 각 기판(S) 상에 원자층증착에 의해서 박막이 형성될 수 있다. 이러한 점에서, 기판 처리 장치(100)는 공간분할식 원자층증착 장치로 불릴 수도 있다.
이하에서는 가스 분사부(120)을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치(100)의 가스 분사부(120)을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 같이 참조하면, 가스 분사부(120) 내 가스 인젝터들(124)은 소스 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 소스 가스 인젝터(124a), 반응 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 반응 가스 인젝터(124b), 및 퍼지 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 퍼지 가스 인젝터(124c)를 포함할 수 있다. 소스 가스 인젝터(124a), 반응 가스 인젝터(124b), 및 퍼지 가스 인젝터(124c)의 수는 적절하게 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 인젝터들(124)은 개시제 가스를 공급하기 위한 개시제 가스 인젝터 및/또는 억제제 가스를 공급하기 위한 억제제 가스 인젝터를 더 포함할 수도 있다.
예를 들어, 가스 분사부(120)의 중앙부에는 커튼 가스 인젝터(122)가 배치되고, 커튼 가스 인젝터(122) 주위로 소스 가스 인젝터(124a), 복수의 반응 가스 인젝터들(124b) 및 복수의 퍼지 가스 인젝터들(124c)이 가스 분사부(120)의 원주 방향을 따라서 배치될 수 있다. 소스 가스 분사(124a)와 반응 가스 인젝터(124b) 사이에는 적어도 하나의 퍼지 가스 인젝터(124c)가 개재될 수 있다.
예를 들어, 반응 가스 인젝터들(123b)은 전술한 마이크로웨이브 전달부(145)와 결합되는 제 1 가스 인젝터(124m)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 가스 인젝터들(123b) 중 일부는 마이크로웨이브 전달부들(145)과 각각 결합되고, 다른 일부는 마이크로웨이브 전달부들(145)과 결합되지 않을 수 있다. 따라서, 제 1 가스 인젝터(124m)는 반응 가스 인젝터들(124b) 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
일부 실시예에서, 제 1 가스 인젝터(124m)는 소스 가스 인젝터들(124a) 중의 하나 또는 퍼지 가스 인젝터들(124c) 중 하나를 포함할 수도 있다.
도 2의 가스 분사부(120)은 하나의 예로 제공되었고, 박막 종류 및 요구 조건에 따라서 다양하게 변형될 수 있다.
이하에서는 마이크로웨이브 전달부(145) 및 제 1 가스 인젝터(124m)의 결합 구조에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치(100)에서 제 1 가스 인젝터(124m) 및 마이크로웨이브 전달부(145)의 결합을 보여주는 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3의 마이크로웨이브 전달부(145)에서 안테나부(147)를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 같이 참조하면, 마이크로웨이브 전달부(145)에는 마이크로웨이브 생성부(140)에서 생성된 마이크로웨이브 전력을 제 1 가스 인젝터(124m)로 커플링하기 위한 안테나부(147)가 바닥면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로웨이브 전달부(145)는 제 1 가스 인젝터(124m)의 배치 방향에 맞추어 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 1 가스 인젝터(124m) 및 마이크로웨이브 전달부(145)는 가스 분사부(120)의 중심 부근에서 외주면 방향으로 연장되게 배치될 수 있다.
안테나부(147)는 길이 방향을 따라서 이격 형성된 복수의 슬롯들(148)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나부(147)는 가스 분사부(120)의 중심 부근에서 외주면 방향으로 연장되게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 슬롯들(148)은 안테나부(147) 내에서 가스 분사부(120)의 중심부에 인접한 내측(IS)에서 가스 분사부(120)의 외주부에 인접한 외측(OS)으로 길이 방향을 따라서 이격 형성될 수 있다. 슬롯들(148)을 통해서 마이크로웨이브 전달부(145) 내 마이크로웨이브 전력이 제 1 가스 인젝터(124m) 내로 커플링되어 전달될 수 있다.
일부 실시예에서, 유전체부(150)는 안테나부(147)와 제 1 가스 인젝터(124m) 사이에 결합되어, 마이크로웨이브 전달부(145)와 제 1 가스 인젝터(124m) 사이의 가스 이동을 차단하면서 마이크로웨이브 전력의 이동을 허용할 수 있다. 예를 들어, 유전체부(150)는 마이크로웨이브 전력을 전달할 수 있는 투광성 물질, 예컨대 쿼츠(quartz)를 포함할 수 있다.
안테나부(147)의 내측(IS) 아래에는 제 1 가스 인젝터(124m)의 제 1 부분(A1)이 배치되고, 안테나부(147)의 외측(OS) 아래에는 제 1 가스 인젝터(124m)의 제 2 부분(A2)이 배치될 수 있다. 나아가, 기판들(S)은 그 탑부가 기판 지지부(130)의 중심 방향으로 배치되고, 그 바닥부가 기판 지지부(130)의 외주면 방향으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 기판들(S)의 탑부가 안테나부(147)의 내측(IS) 아래 및 제 1 가스 인젝터(124m)의 제 1 부분(A1) 아래에 배치되고, 기판들(S)의 바닥부가 안테나부(147)의 외측(OS) 아래 및 제 1 가스 인젝터(124m)의 제 2 부분(A2) 아래에 에 배치될 수 있다.
기판 지지부(130)가 회전 시 기판 지지부(130)의 외주면의 선속도가 중심부의 선속보다 빠르게 회전된다. 이에 따라, 기판들(S)의 바닥부의 회전 선속도가 탑부의 회전 선속도보다 빠르게 된다. 즉, 기판들(S)의 탑부에서 바닥부로 갈수록 회전 선속도가 점차 빠르게 된다. 그 결과, 기판들(S)의 바닥부의 플라즈마 또는 활성화된 공정 가스의 노출 시간이 기판들(S)의 탑부의 노출시간보다 짧게 되어, 기판들(S) 내 위치에 따라서 플라즈마 또는 활성화된 공정 가스의 노출시간에 차이가 발생한다. 이러한 차이는 기판들(S) 상에 증착되는 박막 두께의 불균일성을 초래할 수 있다.
이에 따라, 기판 처리 장치(100)에서, 안테나부(147) 내 슬롯들(148)은 이러한 불균일성을 줄이기 위해서 안테나부(147)의 내측(IS) 아래의 제 1 가스 인젝터(124m)의 제 1 부분(A1)보다 외측(OS) 아래의 제 1 가스 인젝터(124m)의 제 2 부분(A2)에서 마이크로웨이브 전력의 커플링 효율이 증가하여 플라즈마 전계가 더 높아지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯들(148)은 그 배치, 예컨대 그 이격 거리 또는 폭 등이 조절될 수 있다. 이러한 슬롯들(148)의 배치를 조절하면, 마이크로웨이브 전력의 커플링 효율을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬롯들(148)의 이격 거리가 좁아질수록 플라즈마 전계가 작아지고, 반대로 이격 거리가 커질수록 플라즈마 전계가 커지는 것을 알 수 있다.
일부 실시예에서, 전술한 불균일성을 줄이기 위해서, 슬롯들(148)은 내측(IS) 및 외측(OS)에서 적어도 두 개로 각각 형성되고, 슬롯들(148)의 내측(IS)에서 이격 거리는 외측(OS)에서 이격 거리보다 작을 수 있다. 이에 따라, 마이크로웨이브 전력의 커플링 효율은 내측(IS)보다는 외측(OS)에서 클 수 있고, 제 1 가스 인젝터(124m) 플라즈마 전계는 제 1 부분(A1)보다 제 2 부분(A2)에서 더 클 수 있다.
일부 실시예에서, 슬롯들(148)은 내측(IS)에서 외측(OS)으로 안테나부(147)의 길이 방향을 따라서 적어도 두 개의 열로 복수의 행으로 형성될 수 있다. 나아가, 각 슬롯(148)은 안테나부(147)의 길이 방향을 따라서 연장되게 형성될 수 있다. 전술한 불균일성을 줄이기 위해서, 각 행에서 슬롯들(148)의 이격 거리는 내측(IS)에서 외측(OS)으로 갈수록 점차 증가할 수 있다.
이에 따라, 마이크로웨이브 전력의 커플링 효율은 내측(IS)에서 외측(OS)으로 갈수록 점차 커질 수 있고, 제 1 가스 인젝터(124m) 내 플라즈마 전계는 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 부분(A1)에서 제 2 부분(A2)으로 갈수록 커질 수 있다. 그 결과, 기판들(S)의 회전 선속도의 크기에 비례하여 플라즈마 전계를 크게 함으로써, 플라즈마 또는 활성화된 공정 가스의 노출시간의 차이에 따른 불균일성을 상쇄하여, 기판들(S) 상에 형성되는 박막의 두께 균일성을 높일 수 있다.
도 7a는 비교예에 따른 기판 처리 장치에서 기판 상의 온도 분포를 보여주는 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 기판 상의 온도 분포를 보여주는 그래프이다. 비교예는 안테나부 내 각 행의 슬롯들이 등간격으로 배치된 구조가 채용된 기판 처리 장치를 나타내고, 실시예는 도 8의 안테나부(147)가 채용된 기판 처리 장치(100)를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 비교예에 따른 기판 처리 장치에서 기판(S)의 위치에 따른 회전 선속도 차이에 따른 플라즈마 불균일성으로 인해서, 기판(S)의 위치에 따라서 온도 편차가 크게 나는 것을 알 수 있다.
도 7b를 참조하면, 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)에서, 안테나부(147) 내 슬롯들(148)의 이격 거리를 조절하여 회전 선속도 차이에 따른 플라즈마 불균일성을 상쇄하여, 기판(S)의 위치에 따른 온도 편차가 크게 줄어드는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 마이크로웨이브 전달부 내 안테나부(147a)를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8을 참조하면, 슬롯들(148a)은 내측(IS)에서 외측(OS)으로 안테나부(147a)의 길이 방향을 따라서 적어도 두 개의 열로 복수의 행으로 형성될 수 있다. 나아가, 각 슬롯(148a)은 안테나부(147a)의 길이 방향을 따라서 연장되게 형성될 수 있다. 전술한 불균일성을 줄이기 위해서, 각 행에서 슬롯들(148a)의 폭은 내측(IS)에서 외측(OS)으로 갈수록 점차 감소할 수 있고, 이격 거리는 동일할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 슬롯들(148a)의 폭이 커짐에 따라서 플라즈마 전계가 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 플라즈마 전계를 크게 하기 위해서는 슬롯들(148a)의 폭을 상대적으로 작게 형성할 수 있다.
이에 따라, 마이크로웨이브 전력의 커플링 효율은 내측(IS)에서 외측(OS)으로 갈수록 점차 커질 수 있고, 제 1 가스 인젝터(124m) 내 플라즈마 전계는 제 1 부분(A1)에서 제 2 부분(A2)으로 갈수록 커질 수 있다. 그 결과, 기판들(S)의 회전 선속도의 크기에 비례하여 플라즈마 전계를 크게 함으로써, 플라즈마 또는 활성화된 공정 가스의 노출시간의 차이에 따른 불균일성을 상쇄하여, 기판들(S) 상에 형성되는 박막의 두께 균일성을 높일 수 있다.
한편, 일부 실시예에서, 플라즈마 전계 분포를 더 크게 조절하기 위하여, 슬롯들(148a)의 폭 조절과 더불어 이격 거리를 더 조절할 수도 있다. 예를 들어, 각 행에서 슬롯들(148a)의 폭은 내측(IS)에서 외측(OS)으로 갈수록 점차 감소할 수 있고, 이격 거리는 내측(IS)에서 외측(OS)으로 갈수록 점차 증가할 수 있다.
전술한 바와 같이, 기판 처리 장치(100)에 따르면, 안테나부(147, 147a) 내 슬롯들(148, 148a)의 배치를 조절하여, 마이크로웨이브 전력의 전달 효율을 조절하여, 기판들(S)의 위치에 따른 회전 선속도 차이에 따른 플라즈마 밀도의 불균일성을 해소할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 기판 처리 장치
110: 공정 챔버
120: 가스 분사부
124: 가스 인젝터
130: 기판 지지부
140: 마이크로웨이브 생성부
145: 마이크로웨이브 전달부
147: 안테나부
150: 유전체부

Claims (8)

  1. 반응 공간이 형성된 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 설치되며, 복수의 기판들이 안착되는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부에 대향되게 설치되어 상기 기판 지지부 상으로 복수의 공정 가스들을 분사하기 위한 복수의 가스 인젝터들을 포함하는, 가스 분사부; 및
    상기 복수의 가스 인젝터들 중 적어도 하나의 제 1 가스 인젝터 상에 결합되고, 마이크로웨이브 생성부로부터 공급된 마이크로웨이브 전력을 상기 제 1 가스 인젝터로 커플링하기 위한 안테나부가 바닥면에 형성된 마이크로웨이브 전달부를 포함하고,
    상기 안테나부는 상기 가스 분사부의 중심부에 인접한 내측에서 상기 가스 분사부의 외주부에 인접한 외측으로 길이 방향을 따라서 이격 형성된 복수의 슬롯들을 포함하고,
    상기 복수의 슬롯들은, 상기 내측 아래의 상기 제 1 가스 인젝터의 제 1 부분보다 상기 외측 아래의 상기 제 1 가스 인젝터의 제 2 부분에서 마이크로웨이브 전력의 커플링 효율이 증가하여 플라즈마 전계가 더 높아지도록 상기 복수의 슬롯들의 이격 거리 또는 폭이 조절된,
    기판 처리 장치.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 슬롯들은 상기 내측에서 외측으로 상기 안테나부의 길이 방향을 따라서 적어도 두 개의 열로 복수의 행으로 형성되고,
    각 슬롯은 상기 안테나부의 길이 방향을 따라서 연장되게 형성되고,
    상기 복수의 슬롯들의 상기 내측에서 이격 거리는 상기 외측에서 이격 거리보다 작은,
    기판 처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    각 행에서 상기 복수의 슬롯들간의 이격 거리는 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 증가하는,
    기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    각 행에서 상기 복수의 슬롯들의 폭은 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 감소하는,
    기판 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    각 행에서 상기 복수의 슬롯들의 이격 거리는 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 증가하고,
    각 행에서 상기 복수의 슬롯들의 폭은 상기 내측에서 상기 외측으로 갈수록 점차 감소하는,
    기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 인젝터들은 소스 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 소스 가스 인젝터, 반응 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 반응 가스 인젝터, 및 퍼지 가스를 분사하기 위한 적어도 하나의 퍼지 가스 인젝터를 포함하고,
    상기 복수의 가스 인젝터들은 상기 가스 분사부의 원주 방향을 따라서 배치되고,
    상기 적어도 하나의 반응 가스 인젝터는 상기 제 1 가스 인젝터를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 가스 인젝터는 복수의 반응 가스 인젝터들을 포함하고,
    상기 제 1 가스 인젝터는 상기 복수의 반응 가스 인젝터들 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는,
    기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나부와 상기 제 1 가스 인젝터 사이에 결합되어 상기 마이크 웨이브 전달부와 상기 제 1 가스 인젝터 사이의 가스 이동을 차단하면서 상기 마이크로웨이브 전력의 이동을 허용하는 유전체부를 포함하는,
    기판 처리 장치.
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