WO2012176996A2 - 반도체 제조에 사용되는 분사부재 및 그것을 갖는 기판 처리 장치 - Google Patents

반도체 제조에 사용되는 분사부재 및 그것을 갖는 기판 처리 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a thin film processing apparatus used in semiconductor device manufacturing, and more particularly, to an injection member having improved gas flow and a substrate processing apparatus having the same.
  • Processes for manufacturing semiconductor devices include unit processes such as dry etching, physical or chemical vapor deposition, and other surface treatments. Such a unit process is widely used in the apparatus using a plasma.
  • the existing semi-batch substrate processing apparatus processes a plurality of substrates on the same plane.
  • the gas injection nozzle injects the process gas toward the edge from the center of the substrate support member, the gas ejection speed and density difference are remarkably generated on the substrate, and the vortex phenomenon also occurs, thereby degrading the film quality. There is a problem.
  • An object of the present invention is to provide an injection member and a substrate processing apparatus having the same, which are used in semiconductor manufacturing, which can improve thin film uniformity upon thin film deposition on a substrate.
  • An injection member used in the substrate processing apparatus of the present invention for achieving the above object is a disk-shaped upper plate; Four baffles partitioned by partitions radially installed on a bottom of the upper plate; And side injection parts installed in the partition in the longitudinal direction to inject gas into each of the at least four baffles.
  • the side injection part is a rod-shaped injector having an inner passage through which gas flows and injection holes through which gas flowing through the inner passage flows.
  • the injection holes are larger in size from the center to the edge of the upper plate.
  • the injection holes have a horizontal injection angle to inject gas in a direction horizontal to the processing surface of the substrate.
  • the injection holes have a downwardly inclined injection angle to inject gas obliquely toward the processing surface of the substrate.
  • the injection member is installed in the central portion of the upper plate, at least four injection holes for independently injecting at least one or more reaction gas and purge gas supplied from the outside to each of the at least four baffles It further comprises a central nozzle portion having a.
  • the side nozzle parts are provided with gas through the central nozzle part.
  • a substrate processing apparatus for achieving the above object includes a process chamber in which a plurality of substrates are accommodated to perform a plasma processing process; A support member installed in the process chamber and having a plurality of substrates disposed on the same plane; And an injection member disposed to face the support member and having a plurality of independent baffles to independently spray at least one reaction gas and purge gas at positions corresponding to each of the plurality of substrates placed on the support member. And a driving unit for rotating the support member or the injection member such that the baffles of the injection member sequentially rotate to each of the plurality of substrates placed on the support member.
  • the injection member is an upper plate; And partitions installed on a bottom surface of the upper plate to partition the plurality of baffles. It is installed in the partitions and includes a side nozzle portion for injecting at least one or more reaction gas and purge gas to each of the corresponding baffles.
  • the injection member is installed in the center of the upper plate, and further comprises a central nozzle unit for injecting at least one or more reaction gas and purge gas supplied from the outside to the corresponding baffles respectively do.
  • the deposition rate and the film quality of the thin film can be improved.
  • FIG. 1 is a view for explaining a thin film deposition apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2a and 2b are a perspective view and a cross-sectional view of the injection member shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the support member shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A shown in FIG. 2B.
  • FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view illustrating main parts of the injection member showing the plasma generator
  • FIG. 5B is a view illustrating a state in which the plasma generator is lowered by the height adjuster in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the injection member.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a side injection unit showing a jet having various injection angles.
  • FIG. 1 is a view for explaining a thin film deposition apparatus according to the present invention.
  • 2a and 2b are a perspective view and a cross-sectional view of the injection member shown in FIG. 3 is a plan view of the support member shown in FIG. 1.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A shown in FIG. 2B.
  • a thin film deposition apparatus 10 may include a process chamber 100, a support member 200, an injection member 300, and a supply.
  • the member 500 is included.
  • Process chamber 100 is provided with an entrance 112 on one side.
  • the entrance and exit 112 enters and exits the substrates W during the process.
  • the process chamber 100 includes an exhaust duct 120 and an exhaust pipe 114 for exhausting the reaction gas and the purge gas supplied to the process chamber at the upper edge and the reaction dispersion generated during the thin film deposition process.
  • Exhaust duct 120 is made of a ring type located on the outside of the injection member (300).
  • the support member 200 is installed in the interior space of the process chamber 100.
  • the support member 200 is of a batch type in which four substrates are placed.
  • the support member 200 includes a disk-shaped table 210 having first to fourth stages 212a-212d on which upper substrates are placed, and a support pillar 220 for supporting the table 210.
  • the first to fourth stages 212a-212d may have a circular shape similar to the shape of the substrate.
  • the first to fourth stages 212a to 212d are disposed at intervals of 90 degrees on concentric circles about the center of the support member 200.
  • the support member 200 is rotated by the driving unit 290.
  • the driving unit 290 for rotating the support member 200 preferably uses a stepping motor provided with an encoder capable of controlling the rotational speed and the rotational speed of the driving motor, and the one-cycle process of the injection member 300 by the encoder. (1st reaction gas-purge gas-2nd reaction gas-purge gas) Time is controlled.
  • the support member 200 may be provided with a plurality of lift pins (not shown) for raising and lowering the substrate W at each stage.
  • the lift pins lift and lower the substrate W to separate the substrate W from the stage of the support member 200 or to mount the substrate W on the stage.
  • each stage 212a-212d of the support member 200 may be provided with a heater (not shown) for heating the mounted substrate W. The heater heats the substrate to raise the temperature of the substrate W to a preset temperature (process temperature).
  • the supply member 500 includes a first gas supply member 510a, a second gas supply member 510b, and a purge gas supply member 520.
  • the first gas supply member 510a supplies a first reaction gas for forming a predetermined thin film on the substrate w to the first chamber 320a of the nozzle unit, and the second gas supply member 510b is provided with a second gas.
  • the reaction gas is supplied to the third chamber 320c, and the purge gas supply member 520 supplies the purge gas to the second and fourth chambers 320b and 320d.
  • the first reaction gas and the second reaction gas are gases containing a raw material for forming a thin film to be formed on the substrate (W).
  • the thin film deposition process provides a plurality of different reaction gases and chemically reacts the reaction gases on the substrate surface, thereby forming a predetermined thin film on the substrate.
  • a purge gas for purging the unreacted gas remaining on the substrate is provided between the reaction gases.
  • two gas supply members are used to supply two different reaction gases, but it is obvious that a plurality of gas supply members may be applied to supply three or more different reaction gases according to process characteristics. .
  • the injection member 300 injects gas into each of four substrates placed on the support member 200.
  • the injection member 300 receives the first and second reaction gases and the purge gas from the supply member 500.
  • the injection member 300 includes a disk-shaped upper plate 302, a central nozzle portion 310, side nozzle portions 360, first to fourth baffles 320a-320d, a plasma generator 340, and a height. Regulator 350.
  • the central nozzle unit 310 is installed at the center of the upper plate 302.
  • the central nozzle unit 310 independently sprays the first and second reaction gases and the purge gas supplied from the supply member 500 to each of the first to fourth baffles 320a to 320d.
  • the central nozzle unit 310 has four chambers 311, 312, 313, 314.
  • the first chamber 311 is provided with a first reaction gas, and injection holes 311a for supplying the first reaction gas to the first baffle 320a are formed at the side surface.
  • the second chamber 313 is provided with a second reaction gas, and injection holes 313a for supplying the second reaction gas to the third baffle 320c are formed at the side surface.
  • the purge gas is provided to the second chamber 312 and the fourth chamber 314 positioned between the first chamber 311 and the third chamber 313, and the second baffle 320b and the fourth baffle 320d are provided.
  • Injection ports 312a and 314a for supplying purge gas to the furnace are formed at the side surfaces.
  • the injection holes 311a of the central nozzle unit 310 may be configured in various ways such as a horizontal slim type or a porous type.
  • the injection holes 311a of the central nozzle unit 310 may be configured as a single layer or a plurality of layers.
  • the injection holes 311a of the central nozzle unit 310 may have an inclined injection angle so that gas is radially injected.
  • the side nozzle parts 360 are provided in partitions each partitioning the first to fourth baffles 320a to 320d.
  • the side nozzle unit 360 is disposed in a V shape around the center nozzle unit so that two pairs are formed in one baffle.
  • the injection member 300 having four baffles is provided with a total of eight side nozzle portions 360.
  • the side nozzle unit 360 is to improve the quality of the thin film by improving the flow (density, speed) of the gas provided to the processing surface of the substrate.
  • the two side nozzle parts 360 installed in one baffle are disposed symmetrically with respect to the center (baffle space) of the substrate.
  • the side nozzle unit 360 has a rod-shaped inner passage 362 and a plurality of injection holes 364 on one surface.
  • the side nozzle parts 360 are supplied with gas through the chambers 311, 312, 313, 314 of the central nozzle part 310.
  • the side nozzle portion 360 has an inner passage 362 communicates with each chamber of the central nozzle portion 310.
  • the injection hole 364 of the side nozzle unit 360 may have a different size according to its position. As shown in FIGS. 2A and 4, the sizes of the injection holes 364 are smaller as they are closer to the center nozzle unit 310 and larger as they are farther from the center nozzle unit 310.
  • the size of the injection holes 364 is different because the central region close to the central nozzle part 310 is able to maintain sufficient gas supply and density even with a small amount of gas because the distance between the side nozzle parts 360 is narrow. to be.
  • the edge region relatively far from the central nozzle unit 310 is to inject a larger amount of gas in order to supply a sufficient gas (maintain density) so that the distance between the side nozzle units 360 is wide.
  • the injection holes 364 of the side nozzle unit 360 may have a spray angle that is horizontal with the substrate, but may have a spray angle that is inclined toward the substrate (or toward the edge) as necessary.
  • FIG. 7 shows a side nozzle portion 360 showing an injection hole 364 having a horizontal injection angle to inject gas in a direction parallel to the processing surface of the substrate, and a downward mirror so as to inject gas obliquely toward the processing surface of the substrate.
  • Side nozzle portion 360 is shown showing a jet 364 with a photographic jet angle.
  • the side nozzle unit 360 may be directly supplied with gas through a separate supply line instead of the central nozzle unit 310.
  • the supply line (a position where gas is introduced into the side nozzle portion) is connected near the center of the side nozzle portion 360.
  • the injection member 300 of the present invention can be uniformly supplied to the entire processing surface of the substrate by the gas is injected in three directions through the center nozzle unit 310 and a pair of side nozzles 360 Do.
  • the gas is injected in three directions toward the substrate to minimize the vortex phenomenon to improve the thin film quality when forming the thin film.
  • the first to fourth baffles 320a to 320d are independent spaces for providing the gases provided from the central nozzle portion 310 and the side nozzle portions 360 to the entire processing surface of the substrate at positions corresponding to each of the substrates.
  • Has The first to fourth baffles 320a to 320d are partitioned by partitions 309 provided on the bottom of the upper plate.
  • the first to fourth baffles 320a to 320d are radially disposed below the upper plate 302 in a fan shape partitioned at intervals of 90 degrees with respect to the central nozzle unit 310.
  • the first to fourth baffles 320a to 320d communicate with the injection holes 311a, 312a, 313a and 314a of the central nozzle part 310 and the injection holes of the side nozzle parts 360, respectively.
  • the first to fourth baffles 320a to 320d are formed to have an open bottom surface facing the support member 200.
  • Gases provided from the central nozzle portion 310 and the pair of side nozzle portions 360 are supplied to the independent spaces of each of the first to fourth baffles 320a to 320d, which are naturally provided to the substrate through the open bottom surface.
  • the first reaction gas is provided to the first baffle 320a
  • the second reaction gas is provided to the third baffle 320c
  • the second baffle is positioned between the first baffle 320a and the third baffle 320c.
  • the purge gas 320b and the fourth baffle 320d are provided to prevent mixing of the first reaction gas and the second reaction gas and to purge the unreacted gas.
  • the injection member 300 is formed in a fan shape with the first to fourth baffles 320a to 320d spaced at 90 degree intervals, but the present invention is not limited thereto. It can be configured at intervals, and the size of each baffle can be configured differently.
  • the substrate sequentially passes under the first to fourth baffles 320a-320d as the support member 200 rotates, and the substrates pass through the first to fourth baffles 320a-320d. If all passes, one layer of thin film is deposited on the substrate W. And, by continuously rotating the substrate in this way it is possible to deposit a thin film having a predetermined thickness on the substrate.
  • FIG. 6 is a view showing the injection member 300, the center nozzle portion is omitted.
  • gas supply to the side nozzle parts 360 is performed through a separate supply line (not shown).
  • the side nozzles 360 of the injection member 300 in which the gas is supplied through the separate supply line may vary in height depending on process characteristics.
  • FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view illustrating main parts of the injection member showing the plasma generator
  • FIG. 5B is a view illustrating a state in which the plasma generator is lowered by the height adjuster in FIG. 5A.
  • the plasma generator 340 may be installed to be movable in the vertical direction on at least one baffle of the injection member 300.
  • the plasma generator 340 is installed to be moved up and down on the third baffle 320c.
  • the plasma generator 340 may be installed on other baffles as needed.
  • the plasma generator 340 is installed in an opening 304 formed in the upper plate 302 corresponding to the third baffle 320c region.
  • the plasma generator 340 is installed to independently move up and down independently of the third baffle 320c.
  • the plasma generator 340 is surrounded by the bellows 380 for airtightness.
  • the bellows is installed to surround the lifting shaft passing through the upper cover of the process chamber.
  • the bellows 380 is provided on the opening 304 to surround the plasma generator 340.
  • the plasma generator 340 is provided on the third baffle 320c to make the second reaction gas into plasma, thereby improving the reactivity of the second reaction gas and increasing the plasma density in the third baffle 320c, thereby reducing the thickness of the thin film. Increase the deposition rate and improve the film quality.
  • the plasma generator 340 is disposed between the first electrodes 343 and the first electrodes 343 to which high frequency power is applied to form a gas in a plasma state, and the second electrode 344 to which bias power is applied. Include them.
  • the first electrodes 343 and the second electrodes 344 are disposed on the same plane inside the bottom surface 342 of the body 341 of the plasma generator 340.
  • the first and second electrodes 343 and 344 are arranged to cross each other in the shape of a rod and at equal intervals.
  • the installation direction of the first and second electrodes 343 and 344 is installed in a comb type (or radial) in a direction orthogonal to the rotation direction (the direction toward the rotation center. May be authorized.
  • the body bottom surface 342 of the plasma generator 340 is formed to face the support member 200.
  • the body 341 of the plasma generator 340 is formed of insulating or heat and chemical resistance of quartz or ceramics to prevent the influence of the first electrodes 343 and the second electrodes 344 in the process chamber. It is made of material.
  • the substrate w passes under the third baffle 320c in which the plasma generator 340 is installed, and the surface of the substrate w is plasma treated. That is, RF power and bias power are applied to the first and second electrodes 343 and 344 of the plasma generator 340, and the second reaction gas is supplied through the central nozzle part 310 and the pair of side nozzle parts 360.
  • the second reaction gas is excited in a plasma state by an induction magnetic field generated by the plasma generator 340 installed on the third baffle 320c and then provided on the substrate.
  • the height controller 350 is installed outside the process chamber, and lifts the plasma generator 340 to adjust the distance between the plasma generator 340 and the substrate.
  • the present invention is provided with a height controller 350 for vertical movement of the plasma generator 340 to determine the distance (interval) between the substrate and the plasma generating region (third baffle space) according to the substrate state, the gas used, and the environment of use. It can be adjusted to form a thin film.
  • the lifting height of the plasma generator 340 is made within a range that does not block the injection holes of the side nozzle portion.
  • the plasma generator is mounted on the injection member in the form of a semi-remote plasma, and thus radicals are obtained through direct decomposition of the reaction gas while maintaining the separation distance from the substrate to several millimeters to several tens of millimeters.
  • the plasma generator according to the present invention does not need to attach additional equipment to the chamber and the main body by generating the plasma by simultaneously disposing the first electrode and the second electrode.
  • the distance between the plasma generating region and the substrate is adjusted by moving the susceptor up and down.
  • the plasma generator and the substrate are separated according to the state of the substrate, the gas used, and the environment by adopting an independent lifting structure.
  • the gap may be adjusted to form a thin film.
  • the present invention is applicable to a facility for treating the surface of a substrate by sequentially spraying at least two different gases (gas) onto the substrate.
  • gases gases
  • a batch thin film deposition apparatus used in a thin film deposition process has been described as an example, and the present invention can be applied to a thin film deposition apparatus and an atomic layer deposition apparatus using high density plasma (HDP). It is also applicable to deposition and etching apparatus using plasma.
  • HDP high density plasma

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 복수의 기판이 수용되어 플라즈마 처리 공정이 수행되는 공정 챔버; 공정 챔버에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지는 지지부재; 및 지지부재와 대향되게 설치되고, 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 지지부재에 놓여진 복수의 기판들 각각에 대응하는 위치에서 독립적으로 분사할 수 있도록 독립된 복수개의 배플들을 갖는 분사부재; 및 분사부재의 배플들이 지지부재에 놓여진 복수의 기판들 각각에 순차적으로 선회하도록 지지부재 또는 상기 분사부재를 회전시키는 구동부를 포함하되; 분사부재는 복수개의 배플들 중 반응가스를 분사하는 적어도 하나의 배플에 설치되어 기판으로 분사되는 반응가스를 플라즈마화하는 플라즈마 발생기를 포함한다.

Description

반도체 제조에 사용되는 분사부재 및 그것을 갖는 기판 처리 장치
본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 박막 처리 장치에 관한 것으로, 특히 가스 흐름을 개선한 분사부재 및 그것을 갖는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 공정에는 건식 식각, 물리적 또는 화학적 기상 증착 및 기타 표면처리 등의 단위 공정이 있다. 이러한 단위 공정은 플라즈마를 이용한 장치가 널리 사용된다.
기존의 세미 배치식 기판 처리 장치는 동일평면상에 복수의 기판을 처리한다. 세미 배치식 기판 처리 장치는 가스분사용 노즐이 공정가스를 기판 지지부재의 중심부에서 가장자리를 향해 분사하기 때문에 기판상에서 가스 분출 속도 및 밀도 차이가 현저하게 발생되고, 와류 현상도 발생됨으로 박막 품질을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 기판에 박막 증착시 박막 균일성을 향상시킬 수 있는 반도체 제조에 사용되는 분사부재 및 그것을 갖는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재는 원판 형상의 상부 플레이트; 상기 상부 플레이트의 저면에 방사상으로 설치되는 칸막이들에 의해 구획되는 4개의 배플들; 상기 적어도 4개의 배플들 각각으로 가스를 분사하기 위해 상기 칸막이에 길이방향으로 설치되는 사이드 분사부들을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사이드 분사부는 가스가 흐르는 내부통로와, 상기 내부 통로에 흐르는 가스가 분사되는 분사구들을 갖는 막대 형상의 인젝터이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분사구들은 상기 상부 플레이트의 중앙에서 가장자리로 갈수록 그 크기가 크다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분사구들은 기판의 처리면과 수평한 방향으로 가스를 분사하도록 수평한 분사각도를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분사구들은 기판의 처리면을 향해 비스듬하게 가스를 분사하도록 하향경사진 분사각도를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분사부재는 상기 상부 플레이트의 중앙부에 설치되고, 외부로부터 공급되는 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 상기 적어도 4개의 배플들 각각으로 독립 분사하는 적어도 4개의 분사구들을 갖는 중앙 노즐부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사이드 노즐부들은 상기 중앙 노즐부를 통해 가스를 제공받는다.
상기한 과제를 달성하기 위한 기판 처리 장치는 복수의 기판이 수용되어 플라즈마 처리 공정이 수행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지는 지지부재; 및 상기 지지부재와 대향되게 설치되고, 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 상기 지지부재에 놓여진 복수의 기판들 각각에 대응하는 위치에서 독립적으로 분사할 수 있도록 독립된 복수개의 배플들을 갖는 분사부재; 및 상기 분사부재의 배플들이 상기 지지부재에 놓여진 복수의 기판들 각각에 순차적으로 선회하도록 상기 지지부재 또는 상기 분사부재를 회전시키는 구동부를 포함하되; 상기 분사부재는 상부 플레이트; 및 상기 복수개의 배플들이 구획되도록 상기 상부 플레이트의 저면에 설치되는 칸막이들; 상기 칸막이들에 설치되고, 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 각각의 해당되는 상기 배플들로 분사시키는 사이드 노즐부들을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분사부재는 상기 상부 플레이트의 중앙에 설치되고, 외부로부터 공급되는 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 각각의 해당되는 상기 배플들로 분사시키는 중앙 노즐부를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 중앙 노즐부와 사이드 노즐부들을 통해 3방향에서 가스를 분사하기 때문에 배플 상에 균일한 가스 밀도를 제공함으로써, 박막의 증착 속도 및 막질 향상이 가능한 각별한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 분사부재의 사시도 및 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 지지부재의 평면도이다.
도 4는 도 2b에 표기된 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5a는 플라즈마 발생기를 보여주는 분사부재의 요부 확대 단면도이고, 도 5b는 도 5a에서 플라즈마 발생기가 높낮이 조절기에 의해 하강한 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 분사부재의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 7은 다양한 분사각도를 갖는 분사구를 보여주는 사이드 분사부의 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 분사부재의 사시도 및 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 지지부재의 평면도이다. 도 4는 도 2b에 표기된 A-A선을 따라 절취한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치(10)는 공정 챔버(process chamber)(100), 지지부재(support member)(200), 분사부재(300), 공급부재(500)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 일측에 출입구(112)가 제공된다. 출입구(112)는 공정 진행시 기판(W)들의 출입이 이루어진다. 또한, 공정 챔버(100)는 상부 가장자리에 공정 챔버로 공급된 반응가스와 퍼지 가스 및 박막 증착 공정 중에 발생된 반응 분산물을 배기하기 위한 배기덕트(120)와 배기관(114)을 포함한다. 배기덕트(120)는 분사부재(300)의 외측에 위치하는 링 타입으로 이루어진다. 도시되지는 않았으나, 배기관(114)은 진공 펌프와 연결되고, 배기관에는 압력 제어 밸브, 유량 제어 밸브 등이 설치된다는 것은 당업자에게 자명한 사실이다.
도 1 및 도 3에서와 같이, 지지부재(200)는 공정 챔버(100)의 내부 공간에 설치된다.
지지부재(200)는 4장의 기판들이 놓여지는 배치 타입으로 이루어진다. 지지부재(200)는 상부면에 기판들이 놓여지는 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)들이 형성된 원판형상의 테이블(210)과, 테이블(210)을 지지하는 지지기둥(220)을 포함한다. 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)는 기판의 형상과 유사한 원형으로 이루어질 수 있다. 제1 내지 제4스테이지(212a-212d)는 지지부재(200)의 중앙을 중심으로 동심원상에 90도 간격으로 배치된다.
지지부재(200)는 구동부(290)에 의해 회전된다. 지지부재(200)를 회전시키는 구동부(290)는 구동모터의 회전수와 회전속도를 제어할 수 있는 엔코더가 설치된 스텝핑 모터를 사용하는 것이 바람직하며, 엔코더에 의해 분사부재(300)의 1사이클 공정(제1반응가스-퍼지가스-제2반응가스-퍼지가스)시간을 제어하게 된다.
도시하지 않았지만, 지지부재(200)는 각각의 스테이지에서 기판(W)을 승강 및 하강시키는 복수의 리프트 핀(미도시됨)이 구비될 수 있다. 리프트 핀은 기판(W)을 승하강함으로써, 기판(W)을 지지부재(200)의 스테이지로부터 이격시키거나, 스테이지에 안착시킨다. 또한, 지지부재(200)의 각 스테이지(212a-212d)에는 안착된 기판(W)을 가열하는 히터(미도시됨)가 구비될 수 있다. 히터는 기판(W)의 온도를 기 설정된 온도(공정 온도)로 상승시키기 위해 기판을 가열한다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 공급부재(500)는 제1가스 공급부재(510a), 제2가스 공급부재(510b) 그리고 퍼지가스 공급부재(520)를 포함한다. 제1가스 공급부재(510a)는 기판(w) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 제1반응 가스를 노즐부의 제1챔버(320a)로 공급하며, 제2가스 공급부재(510b)는 제2반응 가스를 제3챔버(320c)로 공급하고, 퍼지가스 공급부재(520)는 퍼지가스를 제2 및 제4챔버(320b,320d)로 공급한다. 예를 들어, 제1반응가스와 제2반응가스는 기판(W) 상에 형성하고자 하는 박막을 조성하는 원료 물질을 포함하는 가스이다. 박막 증착 공정은 서로 다른 복수의 반응가스를 제공하고 기판 표면에서 반응가스들을 화학적으로 반응시킴으로써, 기판 상에 소정의 박막을 형성하게 된다. 그리고, 박막 증착 공정에서는 반응가스들이 제공되는 사이사이에는 기판 상부에 잔류하는 미반응 가스를 퍼지시키기 위한 퍼지가스가 제공된다.
본 실시예에서는 2개의 서로 다른 반응가스를 공급하기 위해 2개의 가스공급부재가 사용되었으나, 공정 특성에 따라 3개 이상의 서로 다른 반응가스를 공급할 수 있도록 복수개의 가스공급부재가 적용될 수 있음은 당연하다.
도 1 , 도 2a, 도 2b 그리고 도 4를 참조하면, 분사부재(300)는 지지부재(200)에 놓여진 4장의 기판 각각으로 가스를 분사한다.
분사부재(300)는 제1,2반응가스 및 퍼지가스를 공급부재(500)로부터 공급받는다. 분사부재(300)는 원판 형상의 상부 플레이트(302)와, 중앙 노즐부(310), 사이드노즐부(360)들, 제1 내지 제4배플(320a-320d), 플라즈마 발생기(340) 그리고 높낮이 조절기(350)를 포함한다.
중앙 노즐부(310)는 상부 플레이트(302)의 중앙부에 설치된다. 중앙 노즐부(310)는 공급부재(500)로부터 공급받은 제1,2반응가스 및 퍼지가스를 제1 내지 제4배플(320a-320d) 각각에 독립 분사한다. 중앙 노즐부(310)는 4개의 챔버(311,312,313,314)를 갖는다. 제1챔버(311)에는 제1반응가스가 제공되고, 제1배플(320a)로 제1반응가스를 공급하기 위한 분사구(311a)들이 측면에 형성된다. 제3챔버(313)에는 제2반응가스가 제공되며 제3배플(320c)로 제2반응가스를 공급하기 위한 분사구(313a)들이 측면에 형성된다. 제1챔버(311)와 제3챔버(313) 사이에 위치하는 제2챔버(312)와 제4챔버(314)에는 퍼지가스가 제공되고, 제2배플(320b)과 제4배플(320d)로 퍼지가스를 공급하기 위한 분사구(312a,314a)들이 측면에 형성된다. 중앙 노즐부(310)의 분사구(311a)들은 가로 슬림형 또는 다공형 등으로 다양하게 구성할 수 있다. 또한, 중앙 노즐부(310)의 분사구(311a)들은 단층 또는 복층으로 구성할 수 있다. 또한 중앙 노즐부(310)의 분사구(311a)들은 방사형으로 가스가 분사되도록 경사진 분사각도를 가질 수 있다.
사이드 노즐부(360)들은 제1 내지 제4배플(320a-320d)을 구획하는 칸막이 각각에 설치된다. 사이드 노즐부(360)는 하나의 배플에 2개가 한 쌍을 이루도록 중앙 노즐부를 중심으로 V자 형태로 배치된다. 4개의 배플을 갖고 있는 분사부재(300)에는 총 8개의 사이드 노즐부(360)가 제공된다. 사이드 노즐부(360)는 기판의 처리면으로 제공되는 가스의 흐름(밀도, 속도)을 개선하여 박막의 품질을 향상시키기 위한 것이다. 하나의 배플에 설치되는 2개의 사이드 노즐부(360)는 기판의 중심(배플 공간)을 기준으로 서로 대칭으로 배치된다.
사이드 노즐부(360)는 막대 형상으로 내부 통로(362)와 일면에 복수의 분사구(364)들을 갖는다. 사이드 노즐부(360)들은 중앙 노즐부(310)의 각 챔버(311,312,313,314)들을 통해 가스를 공급받는다. 이를 위해, 사이드 노즐부(360)는 내부 통로(362)가 중앙 노즐부(310)의 각 챔버와 연통된다. 사이드 노즐부(360)의 분사구(364)는 위치에 따라 그 크기가 다를 수 있다. 도 2a 및 도 4에서 보여주는 바와 같이, 분사구(364)들의 크기는 중앙 노즐부(310)에 가까울수록 작고 중앙 노즐부(310)로부터 멀어질수록 크다. 이렇게 분사구(364)들의 크기를 달리한 것은, 중앙 노즐부(310)와 가까운 중앙측 영역은 사이드 노즐부(360)들 간의 거리가 좁기에 적은 가스양으로도 충분한 가스 공급 및 밀도 유지가 가능하기 때문이다. 그리고, 중앙 노즐부(310)와 상대적으로 먼 가장자리측 영역은 사이드 노즐부(360)들 간의 거리가 넓기에 충분한 가스 공급(밀도 유지)을 위해 보다 많은 가스양을 분사하기 위함이다.
사이드 노즐부(360)의 분사구(364)들은 기판과 수평한 분사각도를 가질 수 있으나, 필요에 따라서는 기판을 향해(또는 가장자리를 향해) 경사진 분사각도를 가질 수 있다.
도 7에는 기판의 처리면과 수평한 방향으로 가스를 분사하도록 수평한 분사각도를 갖는 분사구(364)를 보여주는 사이드 노즐부(360)와, 기판의 처리면을 향해 비스듬하게 가스를 분사하도록 하향경사진 분사각도를 갖는 분사구(364)를 보여주는 사이드 노즐부(360)가 도시되어 있다.
한편, 사이드 노즐부(360)는 중앙 노즐부(310)가 아닌 별도의 공급라인을 통해 직접 가스를 공급받을 수 있다. 이 경우는 공급라인(사이드 노즐부로 가스가 인입되는 위치)은 사이드 노즐부(360)의 중앙 부근에 연결되는 것이 바람직하다. 사이드 노즐부(360)는 공급라인을 통해 직접 가스를 공급받는 경우, 분사구(364)들의 크기는 가스 공급지점에 가까울수록 작고 멀어질수록 크다.
상기와 같이, 본 발명의 분사부재(300)는 중앙 노즐부(310)와 한 쌍의 사이드 노즐부(360)를 통해 3방향에서 가스가 분사됨으로써 기판의 처리면 전체에 균일한 가스 공급이 가능하다. 또한, 가스가 기판을 향해 3방향에서 분사됨으로써 와류 현상을 최소화하여 박막 형성시 박막 품질을 높일 수 있다.
제1 내지 제4배플(320a-320d)은 중앙 노즐부(310) 및 사이드 노즐부(360)들로부터 제공받은 가스들을 기판들 각각에 대응하는 위치에서 기판의 처리면 전체에 제공하기 위한 독립된 공간을 갖는다. 제1 내지 제4배플(320a-320d)은 상부 플레이트의 저면에 설치되는 칸막이(309)들에 의해 구획된다.
제1 내지 제4배플(320a-320d)은 중앙 노즐부(310)를 중심으로 90도 간격으로 구획된 부채꼴 모양으로 상부 플레이트(302) 아래에 방사상으로 배치된다. 제1 내지 제4배플(320a-320d)은 중앙 노즐부(310)의 분사구(311a,312a,313a,314a)들 및 사이드 노즐부(360)들의 분사구들과 각각 연통된다. 제1 내지 제4배플(320a-320d)은 지지부재(200)와 대향되는 저면이 개방된 타입으로 형성된다.
제1 내지 제4배플 (320a-320d) 각각의 독립공간에는 중앙 노즐부(310) 및 한쌍의 사이드 노즐부(360)로부터 제공되는 가스들이 공급되며, 이들은 개방된 저면을 통해 기판으로 자연스럽게 제공된다. 제1배플(320a)에는 제1반응가스가 제공되고, 제3배플(320c)에는 제2반응가스가 제공되며, 제1배플(320a)과 제3배플(320c) 사이에 위치하는 제2배플(320b)과 제4배플(320d)에는 제1반응가스와 제2반응가스의 혼합을 막고 미반응 가스를 퍼지하기 위한 퍼지가스가 제공된다.
예컨대, 분사부재(300)는 제1내지 제4배플(320a-320d)을 90도 간격으로 하여 부채꼴로 형성하였으나, 본 발명은 이에 국한되는 것이 아니며 공정 목적이나 특성에 따라 45도 간격 또는 180도 간격으로 구성할 수도 있으며, 각각의 배플 크기를 달리 구성할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 기판은 지지부재(200)가 회전함에 따라 제1내지 제4배플(320a-320d)들 아래로 순차적으로 통과하게 되고, 기판들이 제1내지 제4배플(320a-320d)들을 모두 통과하면 기판(W) 상에 한 층의 박막이 증착된다. 그리고, 이와 같이 기판을 지속적으로 회전시킴으로써 기판상에 소정 두께를 갖는 박막을 증착시킬 수 있다.
도 6은 중앙 노즐부가 생략된 분사부재(300)를 보여주는 도면이다.
도 6에서와 같이, 분사부재(300)는 중앙 노즐부가 생략되어 있기에 사이드 노즐부(360)들로의 가스 공급은 별도의 공급라인(미도시됨)을 통해 이루어진다. 이렇게 별도의 공급라인을 통해 가스 공급이 이루어지는 분사부재(300)의 사이드 노즐부(360)들은 공정 특성에 따라 그 높이를 가변시킬 수 있다.
도 5a는 플라즈마 발생기를 보여주는 분사부재의 요부 확대 단면도이고, 도 5b는 도 5a에서 플라즈마 발생기가 높낮이 조절기에 의해 하강한 상태를 보여주는 도면이다.
플라즈마 발생기(340)는 분사부재(300)의 적어도 하나의 배플 상에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 플라즈마 발생기(340)가 제3배플(320c) 상에 상하 이동이 가능하도록 설치된 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 필요에 따라서는 다른 배플상에도 설치될 수 있음은 당연하다.
도 2a, 도 2b, 도 5a 그리고 도 5b를 참조하면, 플라즈마 발생기(340)는 제3배플(320c) 구역에 해당되는 상부 플레이트(302)에 형성된 개구(304)에 설치된다. 플라즈마 발생기(340)는 제3배플(320c)과는 무관하게 독립적으로 승강 이동이 가능하도록 설치된다. 플라즈마 발생기(340)는 기밀 유지를 위해 벨로우즈(380)에 의해 둘러싸인다. 도시하지 않았지만, 분사부재(300)가 공정챔버 내부공간에 설치되는 경우, 플라즈마 발생기(340)는 공정 챔버의 상부 커버를 관통해서 설치되는 별도의 승강축에 연결되고, 공정 챔버 밖에 위치되는 승강축은 높낮이 조절기에 의해 승강되도록 구성될 수 있다. 이 경우 벨로우즈는 공정 챔버의 상부 커버를 관통하는 승강축을 감싸도록 설치된다. 본 실시예에서는 분사 부재의 상부 플레이트가 공정 챔버의 상부 커버 일부로 구성되어 있기 때문에 벨로우즈(380)는 플라즈마 발생기(340)를 감싸도록 개구(304) 상에 설치된다.
플라즈마 발생기(340)는 제3배플(320c) 상에 구비되어 제2반응가스를 플라즈마화 시킴으로써, 제2반응가스의 반응성을 향상시키고, 제3배플(320c) 내의 플라즈마 밀도를 증가시킴으로써, 박막의 증착 속도를 증가시키고, 막질을 향상시킨다.
플라즈마 발생기(340)는 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원이 인가되는 제1전극(343)들과 제1전극(343)들 사이 사이에 배치되고 바이어스 전원이 인가되는 제2전극(344)들을 포함한다. 제1전극(343)들과 제2전극(344)들은 플라즈마 발생기(340)의 몸체(341) 바닥면(342) 내측에 동일평면상에 설치된다. 제1,2전극(343,344)들은 막대 형상으로 서로 교차되게 그리고 동일 간격으로 배치된다. 제1,2전극(343,344)들의 설치 방향은 회전방향과 직교하는 방향(회전중심을 향하는 방향으로 콤(comb) 타입(또는 방사상)으로 설치된다. 여기서, 제2전극들에는 또 다른 고주파 전원이 인가될 수도 있다.
플라즈마 발생기(340)의 몸체 바닥면(342)은 지지부재(200)와 마주보게 형성된다. 제1전극(343)들과 제2전극(344)들에 의한 영향이 공정 챔버 내에 미치는 것을 방지할 수 있도록 플라즈마 발생기(340)의 몸체(341)는 석영 또는 세라믹의 절연 및 내열, 내화학성의 재질로 이루어진다.
본 발명에서 기판(w)은 플라즈마 발생기(340)가 설치된 제3배플(320c) 아래를 지나가게 되면서 플라즈마화된 제2반응가스에 의한 표면 처리가 이루어진다. 즉, RF 파워와 바이어스 파워가 플라즈마 발생기(340)의 제1,2전극(343,344)들로 인가되고, 제2반응가스가 중앙 노즐부(310) 및 한 쌍의 사이드 노즐부(360)를 통해 제3배플(320c)로 공급되면, 제2반응가스는 제3배플(320c)상에 설치된 플라즈마 발생기(340)에서 발생한 유도자기장에 의해 플라즈마 상태로 여기된 후 기판상으로 제공된다.
높낮이 조절기(350)는 공정챔버 외부에 설치되며, 플라즈마 발생기(340)와 기판과의 간격 조절을 위해 플라즈마 발생기(340)를 승강시킨다.
즉, 본 발명은 플라즈마 발생기(340)의 상하 이동을 위한 높낮이 조절기(350)를 구비하여 기판 상태, 사용가스, 사용 환경에 따라 기판과 플라즈마 발생영역(제3배플 공간)의 거리(간격)를 조절하여 박막을 형성할 수 있다.
여기서, 플라즈마 발생기(340)의 승강 높이는 사이드 노즐부의 분사구들을 가로막지 않는 범위 내에서 이루어진다.
본 발명의 박막 증착 장치는 세미 리모트 플라즈마 형태로 플라즈마 발생기를 분사부재에 장착하여 일반적인 리모트 플라즈마 발생기보다 기판과의 이격거리를 수mm에서 수십mm 거리를 유지한 상태에서 반응가스의 직접적인 분해를 통한 래디컬화하여 기판에 박막을 형성할 수 있다. 특히, 본 발명에 적용된 플라즈마 발생기는 제1전극과 제2전극을 동시에 배치하여 플라즈마를 발생시킴으로써 챔버 및 본체 등에 별도의 추가 장비를 부착하지 않아도 된다.
일반적인 싱글 설비의 경우 서셉터를 상하 이동하여 플라즈마 발생영역과 기판의 간격을 조절하지만, 본 발명에서는 플라즈마 발생기만 별도로 독립 승강 구조를 채택하여 기판의 상태, 사용 가스, 환경 등에 따라 플라즈마 발생기와 기판의 간격을 조절하여 박막을 형성할 수 있다.
본 발명은 적어도 상이한 2개의 기체(가스)를 기판상에 순차적으로 분사하여 기판 표면을 처리하는 설비에 적용 가능하다. 그러한 실시예 중에서 바람직한 실시예로 박막 증착 공정에서 사용되는 배치식 박막 증착 장치를 예를 들어 설명한 것으로, 본 발명은 고밀도 플라즈마(HDP)를 이용한 박막 증착 장치, 원자층 증착 장치에도 적용할 수 있으며, 플라즈마를 사용한 증착, 식각 장치에도 적용 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재에 있어서:
    원판 형상의 상부 플레이트;
    상기 상부 플레이트의 저면에 방사상으로 설치되는 칸막이들에 의해 구획되는 적어도 4개의 배플들;
    상기 적어도 4개의 배플들 각각으로 가스를 분사하기 위해 상기 칸막이에 길이방향으로 설치되는 사이드 분사부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이드 분사부는
    가스가 흐르는 내부통로와, 상기 내부 통로에 흐르는 가스가 분사되는 분사구들을 갖는 막대 형상의 인젝터인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분사구들은
    상기 상부 플레이트의 중앙에서 가장자리로 갈수록 그 크기가 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 분사구들은
    기판의 처리면과 수평한 방향으로 가스를 분사하도록 수평한 분사각도를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 분사구들은
    기판의 처리면을 향해 비스듬하게 가스를 분사하도록 하향경사진 분사각도를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분사부재는
    상기 상부 플레이트의 중앙부에 설치되고, 외부로부터 공급되는 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 상기 적어도 4개의 배플들 각각으로 독립 분사하는 적어도 4개의 분사구들을 갖는 중앙 노즐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 사이드 노즐부들은 상기 중앙 노즐부를 통해 가스를 제공받는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 사용되는 분사부재.
  8. 기판 처리 장치에 있어서:
    복수의 기판이 수용되어 기판 처리 공정이 수행되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지는 지지부재; 및
    상기 지지부재와 대향되게 설치되고, 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 상기 지지부재에 놓여진 복수의 기판들 각각에 대응하는 위치에서 독립적으로 분사할 수 있도록 독립된 복수개의 배플들을 갖는 분사부재; 및
    상기 분사부재의 배플들이 상기 지지부재에 놓여진 복수의 기판들 각각에 순차적으로 선회하도록 상기 지지부재 또는 상기 분사부재를 회전시키는 구동부를 포함하되;
    상기 분사부재는
    상부 플레이트; 및
    상기 복수개의 배플들이 구획되도록 상기 상부 플레이트의 저면에 설치되는 칸막이들;
    상기 칸막이들에 설치되고, 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 각각의 해당되는 상기 배플들로 분사시키는 사이드 노즐부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분사부재는
    상기 상부 플레이트의 중앙에 설치되고, 외부로부터 공급되는 적어도 하나 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 각각의 해당되는 상기 배플들로 분사시키는 중앙 노즐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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