KR102115337B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판에 증착되는 박막의 균일도를 증가시키면서 생산성을 자유롭게 조절할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 공정 공간에 회전 가능하게 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및 상기 챔버 리드에 설치되어 상기 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간으로 분리시키고, 상기 제 1 및 제 2 반응 공간 각각에서 서로 다른 증착 반응을 유도하기 위한 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하여 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 기판에 대한 기판 처리 공정을 수행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 평판 디스플레이, 태양전지(Solar Cell) 등을 제조하기 위해서는 기판에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 하며, 이를 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토 공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 반도체 제조 공정을 수행하게 된다.
이러한 반도체 제조 공정에서 박막 증착 공정은 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition) 방식 또는 원자층 증착(Atomic layer deposition) 방식을 이용한 기판 처리 장치에서 수행될 수 있다.
상기 화학 기상 증착 방식은 박막 증착을 위한 공정 가스를 기판 상에 분사하여 화학적 기상 반응을 통해 기판에 박막을 형성하는 것으로, 원자층 증착 방식보다 상대적으로 빠른 박막 증착 속도로 인해 생산성을 자유롭게 조절할 수 있다는 장점이 있으나, 박막의 증착 균일도 및 막질이 원자층 증착 방식에 비해 상대적으로 낮다는 단점이 있다.
반면에, 원자층 증착 방식은 기판 상에 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스를 순차적으로 분사하여 원자층 흡착 반응을 통해 기판에 박막을 형성하는 것으로, 기판 상에 박막을 균일하게 증착할 수 있다는 장점이 있으나, 박막 증착 속도가 비교적 낮다는 단점이 있다.
박막 증착을 위한 종래의 기판 처리 장치는 화학 기상 증착 방식 또는 원자층 증착 방식 중 어느 하나에 유리하도록 구성되게 된다. 이에 따라, 상기 화학 기상 증착 방식에 유리하게 구성된 기판 처리 장치에서 원자층 증착 방식을 통해 기판에 박막을 증착하게 되면, 박막의 균일도가 저하되게 된다. 반대로, 상기 원자층 증착 방식에 유리하게 구성된 기판 처리 장치에서 화학 기상 증착 방식을 통해 기판에 박막을 증착하게 되면, 양산에 사용할 수 없을 정도로 생산성이 낮아지는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 기판에 증착되는 박막의 균일도를 증가시키면서 생산성을 자유롭게 조절할 수 있는 기판 처리 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 기판에 증착되는 박막의 균일도를 증가시키면서 생산성을 자유롭게 조절할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 공정 공간에 회전 가능하게 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및 상기 챔버 리드에 설치되어 상기 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간으로 분리시키고, 상기 제 1 및 제 2 반응 공간 각각에서 서로 다른 증착 반응을 유도하기 위한 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 반응 공간에서는 원자층 흡착 반응에 의해 상기 기판에 박막이 증착되고, 상기 제 2 반응 공간에서는 화학적 기상 반응에 의해 상기 기판에 박막이 증착될 수 있다.
상기 기판은 상기 기판 지지부의 회전에 따라 상기 제 1 및 제 2 반응 공간을 통과하고, 상기 기판에는 상기 가스 분사부로부터 상기 제 1 및 제 2 반응 공간 중 적어도 어느 하나의 반응 공간에 분사되는 가스에 의한 증착 반응에 따라 박막이 증착될 수 있다.
상기 가스 분사부는 상기 공정 챔버의 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간으로 분리하는 공간 분리 수단; 화학적 기상 반응을 위한 공정 가스를 상기 제 1 반응 공간에 분사하는 제 1 가스 분사 수단; 및 원자층 흡착 반응을 위한 공정 가스를 상기 제 2 반응 공간에 분사하는 제 2 가스 분사 수단을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 공간 분리 수단은 상기 제 1 및 제 2 반응 공간 사이에 퍼지 가스를 분사하여 가스 장벽을 형성할 수 있다.
상기 공간 분리 수단은 상기 제 1 및 제 2 반응 공간 사이에 퍼지 가스를 분사하여 가스 장벽을 형성하고, 상기 제 1 반응 공간에 국부적으로 퍼지 가스를 분사하여 상기 제 1 반응 공간을 적어도 하나의 제 1 가스 분사 영역과 적어도 하나의 제 2 가스 분사 영역으로 분리할 수 있다.
상기 제 1 가스 분사 수단은 상기 적어도 하나의 제 1 가스 분사 영역에 제 1 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 1 가스 분사 모듈; 및 상기 적어도 하나의 제 2 가스 분사 영역에 상기 제 1 가스와 다른 제 2 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 2 가스 분사 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 가스는 상기 박막의 물질을 포함하는 소스 가스이고, 상기 제 2 가스는 상기 제 1 가스와 반응하는 반응 가스일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈 중 적어도 하나는 제 1 전극과 상기 제 1 전극에 둘러싸이는 제 2 전극 간의 전위차에 의해 발생되는 플라즈마를 이용해 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 분사되는 해당 가스를 활성화시켜 분사할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극 각각은 원 또는 다각 형태의 단면을 가질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈은 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 일측변과 상기 기판 지지부의 에지부에 인접한 타측변을 가지며, 상기 일측변의 길이는 상기 타측변의 길이와 동일하거나 다를 수 있다.
상기 제 2 가스 분사 수단은 상기 제 2 반응 공간에 제 3 가스와 상기 제 3 가스와 다른 제 4 가스를 함께 분사할 수 있다.
상기 제 3 가스는 상기 박막의 물질을 포함하는 소스 가스이고, 상기 제 4 가스는 상기 제 2 가스와 반응하는 반응 가스일 수 있다.
상기 제 2 가스 분사 수단은 플라즈마 전극과 상기 플라즈마 전극을 둘러싸는 접지 전극에 의해 발생되는 플라즈마를 이용해 상기 제 3 및 제 4 가스 중 적어도 한 종류의 가스를 활성화시켜 분사할 수 있다.
상기 제 2 가스 분사 수단은 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 일측변과 상기 기판 지지부의 에지부에 인접한 타측변을 가지며, 상기 일측변의 길이는 상기 타측변의 길이와 동일하거나 다를 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 공정 챔버의 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간으로 분리하고, 제 1 및 제 2 반응 공간 각각에서 서로 다른 증착 반응을 통해 기판에 단층 또는 복층 박막을 증착함으로써 기판에 증착되는 박막의 균일도를 증가시키면서 생산성을 자유롭게 조절할 수 있다.
둘째, 상기 제 1 반응 공간에서의 원자층 흡착 반응과 상기 제 2 반응 공간에서의 화학적 기상 반응의 비율을 조절할 수 있어 박막의 막질과 생산성을 용이하게 제어할 수 있다.
셋째, 상기 제 1 반응 공간에서의 원자층 흡착 반응 및 상기 제 2 반응 공간에서의 화학적 기상 반응 중 어느 하나의 반응을 통해 박막을 증착하고, 나머지 반응을 통해 박막에 소정의 도펀트를 도핑시킬 수 있기 때문에 하나의 공정 챔버에서 다양한 기판 처리 공정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 분사부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 가스 분사부의 구조 변경 실시 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 가스 분사부에 있어서, 공간 분리 수단의 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 가스 분사부에 있어서, 제 1 가스 분사 수단의 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 3 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 15는 도 11에 도시된 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태를 설명하기 위한 제 1 가스 분사 모듈의 배면도들이다.
도 16 내지 도 18은 도 3 내지 도 5에 도시된 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태를 설명하기 위한 제 1 가스 분사 모듈의 배면도들이다.
도 19는 도 1에 도시된 제 2 가스 분사 수단의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 도 1에 도시된 제 2 가스 분사 수단의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 분사부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 가스 분사부의 구조 변경 실시 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 가스 분사부에 있어서, 공간 분리 수단의 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 가스 분사부에 있어서, 제 1 가스 분사 수단의 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 3 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 15는 도 11에 도시된 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태를 설명하기 위한 제 1 가스 분사 모듈의 배면도들이다.
도 16 내지 도 18은 도 3 내지 도 5에 도시된 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태를 설명하기 위한 제 1 가스 분사 모듈의 배면도들이다.
도 19는 도 1에 도시된 제 2 가스 분사 수단의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 도 1에 도시된 제 2 가스 분사 수단의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가스 분사부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 제공하는 공정 챔버(110), 공정 챔버(110)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부(120), 기판 지지부(120)에 대향되도록 공정 챔버(110)의 상부를 덮는 챔버 리드(Chamber Lid; 130), 및 챔버 리드(130)에 설치되어 공정 챔버(110)의 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리시키고 제 1 및 제 2 공정 공간(112, 114) 각각에 서로 다른 증착 반응을 유도하기 위한 공정 가스를 분사하는 가스 분사부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 공정 챔버(110)는 기판 처리 공정을 위한 공정 공간을 제공한다. 이를 위해, 공정 챔버(110)는 바닥면과 바닥면으로부터 수직하게 형성되어 공정 공간을 정의하는 챔버 측벽을 포함하여 이루어진다.
상기 공정 챔버(110)의 바닥면 및/또는 측면은 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기구(미도시)에 연통될 수 있다. 그리고, 상기 공정 챔버(110)의 적어도 일측 챔버 측벽에는 기판(10)이 반입되거나 반출되는 기판 출입구(미도시)가 설치되어 있다. 상기 기판 출입구(미도시)는 상기 공정 공간의 내부를 밀폐시키는 챔버 밀폐 수단(미도시)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 내부 바닥면에 회전 가능하게 설치된다. 이러한, 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 회전축(미도시)에 의해 지지되며, 전기적으로 접지되거나, 일정한 전위(예를 들어, 양전위, 음전위 또는 플로팅(floating)될 수 있다. 이때, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 회전축은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐된다.
상기 기판 지지부(120)는 외부의 기판 로딩 장치(미도시)로부터 로딩되는 적어도 하나의 기판(10)을 지지한다. 이때, 기판 지지부(120)는 원판 형태를 가질 수 있다. 여기서, 상기 기판(10)은 반도체 기판 또는 웨이퍼가 될 수 있으며, 이 경우, 기판 지지부(120)에는 복수의 기판(10)이 동심원 상에서 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 기판 지지부(120)는 회전축의 회전에 따라 소정 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전됨으로써 정해진 순서에 따라 기판(10)이 가스 분사부(140)로부터 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114) 각각에 분사되는 공정 가스에 순차적으로 노출되도록 한다. 이에 따라, 기판(10)은 기판 지지부(120)의 회전 및 회전 속도에 따라 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114) 각각을 순차적으로 통과하게 되고, 이로 인해 기판(10)에는 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114) 중 적어도 하나의 반응 공간에서의 증착 반응에 의해 소정의 박막이 증착되게 된다.
상기 챔버 리드(130)는 공정 챔버(110)의 상부에 설치되어 공정 챔버(110)의 상부를 덮음으로써 상기 공정 공간을 밀폐시킨다. 그리고, 상기 챔버 리드(130)는 가스 분사부(140)가 가스를 기판(10) 상에 분사할 수 있도록 지지한다. 여기서, 상기 챔버 리드(130)와 상기 공정 챔버(110) 사이에는 기밀 부재(미도시)가 설치될 수 있다.
상기 가스 분사부(140)는 상기 챔버 리드에 분리 가능하게 설치되어 상기 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리시키고, 상기 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114) 각각에 서로 다른 증착 반응을 유도하기 위한 가스를 분사한다. 일 실시 예에 따른 가스 분사부(140)는 공간 분리 수단(142), 제 1 가스 분사 수단(144), 및 제 2 가스 분사 수단(146)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 공간 분리 수단(142)은 상기 챔버 리드(130)에 삽입 설치되어 상기 공정 챔버(110)의 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리한다. 또한, 상기 공간 분리 수단(142)은 상기 제 1 반응 공간(112)을 공간적으로 제 1 가스 반응 영역(112a) 및 제 2 가스 반응 영역(112b)으로 분리한다. 이를 위해, 상기 공간 분리 수단(142)은 기판 지지부(120)와 챔버 리드(130) 사이에 국부적으로 설정된 공간 분리 영역에 퍼지 가스를 하향 분사하여 가스 장벽을 형성하는 제 1 및 제 2 퍼지 가스 분사 프레임(142a, 142b)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 퍼지 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 또는 헬륨(He) 등의 비반응성 가스로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 퍼지 가스 분사 프레임(142a)은 상기 공정 챔버(110)의 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)을 분리한다. 즉, 상기 제 1 퍼지 가스 분사 프레임(142a)은 상기 챔버 리드(130)의 지름보다 작은 길이를 가지도록 일자 형태로 형성되어, 제 1 축 방향(Y)을 기준으로 상기 챔버 리드(130)의 중심 선상에 형성되어 있는 일자 형태의 제 1 프레임 삽입부(131)에 삽입 설치된다. 상기 제 1 퍼지 가스 분사 프레임(142a)에는 외부의 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 퍼지 가스를 분사하기 위한 복수의 홀 또는 슬릿으로 이루어지는 제 1 퍼지 가스 분사 부재(미도시)가 형성되어 있다. 이러한, 상기 제 1 퍼지 가스 분사 프레임(142a)은 제 1 퍼지 가스 분사 부재를 통해 상기 기판 지지부(120)의 제 1 축(Y) 중심 선상에 퍼지 가스를 하향 분사함으로써 상기 기판 지지부(120)의 제 1 축(Y) 중심 선상에 가스 장벽을 형성하여 상기 공정 챔버(110)의 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)을 분리한다.
상기 제 2 퍼지 가스 분사 프레임(142b)은 제 1 반응 공간(112)을 공간적으로 제 1 가스 반응 영역(112a)과 제 2 가스 반응 영역(112b)으로 분리한다. 즉, 상기 제 2 퍼지 가스 분사 프레임(142b)은 상기 챔버 리드(130)의 반지름보다 작은 길이를 가지도록 상기 제 1 퍼지 가스 분사 프레임(142a)의 중심부로부터 챔버 리드(130)의 가장자리 부분으로 돌출되는 일자 형태로 형성되어, 제 2 축 방향(X)을 기준으로 제 1 프레임 삽입부(131)의 중심 선상에 형성되어 있는 일자 형태의 제 2 프레임 삽입부(133)에 삽입 설치된다. 상기 제 2 퍼지 가스 분사 프레임(142b)에는 외부의 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 퍼지 가스를 분사하기 위한 복수의 홀 또는 슬릿으로 이루어지는 제 2 퍼지 가스 분사 부재(미도시)가 형성되어 있다. 이러한, 상기 제 2 퍼지 가스 분사 프레임(142b)은 제 2 퍼지 가스 분사 부재를 통해 제 2 축 방향(X)을 기준으로 제 1 반응 공간(112) 내의 제 2 축(X) 중심 선상에 퍼지 가스를 하향 분사함으로써 제 1 반응 공간(112) 내의 제 2 축(X) 중심 선상에 가스 장벽을 형성하여 상기 제 1 반응 공간(112)을 공간적으로 제 1 가스 반응 영역(112a)과 제 2 가스 반응 영역(112b)으로 분리한다.
이와 같은, 상기 공간 분리 수단(142)은 평면적으로 "T"자 형태를 가지도록 형성되어 상기 공정 챔버(110)의 공정 공간에 정의된 일부 영역에 퍼지 가스를 하향 분사함으로써 상기 기판 지지부(120)와 상기 챔버 리드(130) 사이에 복수의 가스 장벽을 형성해 상기 공정 챔버(110)의 공정 공간을 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리함과 동시에 상기 제 1 반응 공간(112)을 제 1 가스 반응 영역(112a)과 제 2 가스 반응 영역(112b)으로 분리한다. 결과적으로, 상기 제 1 반응 공간(112)의 제 1 가스 반응 영역(112a)과 제 2 가스 반응 영역(112b), 및 상기 제 2 반응 공간(114) 각각은 상기 공간 분리 수단(142)으로부터 국부적으로 하향 분사되는 퍼지 가스에 의한 가스 장벽에 의해 공간적으로 격리된다.
상기 제 1 가스 분사 수단(144)은 원자층 흡착 반응을 유도하기 위한 공정 가스를 상기 제 1 반응 공간(112)에 분사한다. 구체적으로, 상기 제 1 가스 분사 수단(144)은 상기 공간 분리 수단(142)에 의해 공간적으로 격리된 상기 제 1 반응 공간(112)의 제 1 및 제 2 가스 반응 영역(112a, 112b)에 서로 다른 가스를 분사함으로써 상기 기판 지지부(120)의 회전에 의해 제 1 가스 반응 영역(112a), 가스 장벽, 제 2 가스 반응 영역(112b) 및 가스 장벽을 순차적으로 통과하는 각 기판(10)에 원자층 흡착 반응에 의한 박막이 증착되도록 한다. 여기서, 상기 원자층 흡착 반응에 의한 박막은 고유전막, 절연막, 금속막 등이 될 수 있다.
상기 제 1 가스 분사 수단(144)은 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 상기 제 1 가스 반응 영역(112a)에 중첩되도록 상기 챔버 리드(130)에 분리 가능하게 설치된다. 이때, 상기 제 1 가스 반응 영역(112a)에 중첩되는 챔버 리드(130)에는 상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)이 분리 가능하게 설치되는 제 1 설치부(135)가 형성되어 있다.
상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 외부의 제 1 가스 공급부(미도시)로부터 제 1 가스가 공급되는 제 1 가스 분사 공간을 가지며, 상기 제 1 가스 분사 공간에 공급되는 제 1 가스를 상기 제 1 가스 반응 영역(112a)에 분사한다. 여기서, 상기 제 1 가스는 기판(10) 상에 증착될 박막의 주요 재질을 포함하여 소스 가스일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 가스는 산화막, HQ(hydroquinone) 산화막, High-K 물질의 박막, 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 물질을 포함하는 소스 가스로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si) 물질을 포함하는 소스 가스로는 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 및 TSA(Trisilylamine) 등이 될 수 있다.
상기 제 2 가스 분사 모듈(144b)은 상기 제 2 가스 반응 영역(112b)에 중첩되도록 상기 챔버 리드(130)에 분리 가능하게 설치된다. 이때, 상기 제 2 가스 반응 영역(112b)에 중첩되는 챔버 리드(130)에는 상기 제 2 가스 분사 모듈(144b)이 분리 가능하게 설치되는 제 2 설치부(137)가 형성되어 있다.
상기 제 2 가스 분사 모듈(144b)은 외부의 제 2 가스 공급부(미도시)로부터 제 2 가스가 공급되는 제 2 가스 분사 공간을 가지며, 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급되는 제 2 가스를 상기 제 2 가스 반응 영역(112b)에 분사한다. 여기서, 상기 제 2 가스는 기판(10) 상에 증착될 박막의 일부 재질을 포함하도록 이루어져 상기 제 1 가스와 반응하여 최종적인 박막을 형성하는 가스로서, 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 수소(H2)와 질소(N2)의 혼합 가스, 아산화질소(N2O), 암모니아(NH3), 물(H2O), 또는 오존(O3) 등의 반응성 가스가 될 수 있다.
상기 제 2 가스 분사 수단(146)은 화학적 기상 반응을 유도하기 위한 공정 가스를 상기 제 2 반응 공간(114)에 분사한다. 구체적으로, 상기 제 2 가스 분사 수단(146)은 상기 공간 분리 수단(142)에 의해 공간적으로 격리된 상기 제 2 반응 공간(114)에 제 3 및 제 4 가스를 동시에 분사하는 것으로, 상기 제 2 반응 공간(114)의 중심 영역에 중첩되도록 상기 챔버 리드(130)에 분리 가능하게 설치된다. 이때, 상기 제 2 반응 공간(114)의 중심 영역에 중첩되는 챔버 리드(130)에는 상기 제 2 가스 분사 수단(146)이 분리 가능하게 설치되는 제 3 설치부(139)가 형성되어 있다.
상기 제 2 가스 분사 수단(146)은 외부의 제 3 가스 공급부(미도시)로부터 상기 제 3 및 제 4 가스 각각이 분리되어 공급되는 제 3 및 제 4 가스 분사 공간을 가지며, 제 3 및 제 4 가스 분사 공간 각각에 공급되는 상기 제 3 및 제 4 가스 각각을 상기 제 2 반응 공간(114)에 함께 분사한다. 이에 따라, 상기 기판 지지부(120)의 회전에 의해 제 2 반응 공간(114)을 통과하는 각 기판(10)에는 상기 제 3 및 제 4 가스의 화학적 기상 반응에 의한 박막이 증착되거나 소정의 도펀트가 도핑되게 된다.
상기 화학적 기상 반응에 의한 박막이 원자층 흡착 반응에 의해 형성되는 박막과 동일한 재질로 이루질 경우, 상기 제 3 가스는 상기 제 1 가스로 이루어지고, 상기 제 4 가스는 상기 제 2 가스로 이루어질 수 있다. 반면에, 상기 화학적 기상 반응에 의한 박막이 원자층 흡착 반응에 의해 형성되는 박막과 다른 재질로 이루어질 경우, 상기 제 3 가스는 상기 제 1 가스와 다른 소스 가스로 이루어지고, 상기 제 4 가스는 상기 제 2 가스와 다른 반응 가스로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(10)에 상기 화학적 기상 반응에 의한 도펀트가 도핑되는 경우, 상기 제 3 가스는 도펀트 가스로 이루어지고, 상기 제 4 가스는 상기 제 2 가스와 같거나 다른 반응 가스로 이루어질 수 있다.
이상과 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(10을 기판 지지부(120)에 일정한 간격으로 로딩시켜 안착시킨다.
그런 다음, 복수의 기판(10)이 로딩되어 안착된 기판 지지부(120)를 구동하여 복수의 기판(10)을 챔버 리드(130)의 하부에서 소정 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 이동시킨다. 이어서, 전술한 가스 분사부(140)의 공간 분리 수단(142)을 이용해 퍼지 가스를 하향 분사하여 기판 지지부(120)의 소정 영역에 가스 장벽을 형성함으로써 상기 가스 장벽을 통해 공정 챔버(110)의 공정 공간을 제 1 및 제 2 가스 반응 영역(112a, 112b) 및 제 2 반응 공간(114)으로 분리한다. 이어서, 상기 가스 분사부(140)의 제 1 가스 분사 수단(144)을 통해 제 1 및 제 2 가스를 해당하는 제 1 및 제 2 가스 반응 영역(112a, 112b)에 개별적으로 분사함과 동시에 상기 가스 분사부(140)의 제 1 가스 분사 수단(144)을 통해 제 3 및 제 4 가스를 상기 제 2 반응 공간(114)에 함께 분사한다.
이에 따라, 각 기판(10)은 기판 지지부(120)의 회전에 따라 제 1 가스 반응 영역(112a), 가스 장벽 영역, 제 2 가스 반응 영역(112b), 가스 장벽 영역, 제 2 반응 공간(114), 및 가스 장벽 영역을 순차적으로 통과하게 된다. 이때, 상기 각 기판(10)이 제 1 가스 반응 영역(112a), 가스 장벽 영역, 제 2 가스 반응 영역(112b), 및 가스 장벽 영역을 순차적으로 통과하게 되면, 기판(10)에는 제 1 가스, 퍼지 가스, 제 2 가스, 및 퍼지 가스에 의한 원자층 흡착 반응에 따라 박막이 증착된다. 그리고, 상기 각 기판(10)이 상기 제 2 반응 공간(114)을 통과하게 되면, 상기 기판(10)에는 상기 제 3 및 제 4 가스에 의한 화학적 기상 반응에 따라 박막이 증착되게 된다.
이상과 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법은 기판 지지부(120) 상에 국부적으로 분사되는 퍼지 가스에 따른 가스 장벽을 형성하여 원자층 흡착 반응을 위한 제 1 반응 공간(112)과 화학적 기상 반응을 위한 제 2 반응 공간(114)을 공정 챔버(110)의 공정 공간에 동시에 마련함으로써 하나의 공정 챔버(110)에서 기판(10)에 증착될 박막에 요구되는 품질에 따라 원자층 흡착 반응과 화학적 기상 반응을 개별적으로 조절할 수 있어 박막의 막질과 생산성을 자유롭게 조절할 수 있다.
전술한 가스 분사부에 대한 설명에 있어서, 제 1 가스 분사 수단(144)의 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 제 2 가스 분사 수단(146) 각각은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 평면적으로 직사각 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 평면적으로 직사각 형태, 사다리꼴 형태, 또는 부채꼴 형태 등의 다각 형태 중에서 서로 동일하거나 다른 형태로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 기판 지지부(120)의 회전에 따라 각 기판(10)을 가스 분사부(140)의 하부로 이동시키면서 가스 분사부(140)로부터 분사되는 가스를 이용해 각 기판(10) 상에 박막을 증착하게 된다. 이에 따라, 기판(120) 및/또는 기판 지지부(120)의 온도 균일도, 기판 지지부(120)의 회전에 따른 각 기판(10)의 각속도, 및 펌핑 포트(미도시)에 의한 각 기판(10) 상에서의 가스 흐름 중 적어도 하나를 고려하여 각 기판(10) 상에 균일한 박막을 증착하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 제 2 가스 분사 수단(146) 각각의 형태는 평면적으로 직사각 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 평면적으로 직사각 형태, 사다리꼴 형태, 또는 부채꼴 형태 등의 다각 형태 중에서 서로 동일하거나 다른 형태로 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 가스 분사부의 구조 변경 실시 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 변형 예에 있어서, 제 1 가스 분사 수단(144)의 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각은 평면적으로 사다리꼴 형태로 형성되고, 제 2 가스 분사 수단(146)은 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각보다 넓은 면적을 가지도록 평면적으로 직사각 형태로 형성될 수 있다. 이때, 평면적으로 사다리꼴 형태를 가지는 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각은 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 일측변이 기판 지지부(120)의 에지부에 인접한 타측변보다 상대적으로 짧은 길이를 가질 수 있다. 이와 같은, 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각에 있어서, 가스 분사량은 일측변에서 타측변으로 갈수록 점점 증가하게 된다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 변형 예에 있어서, 제 1 가스 분사 수단(144)의 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 제 2 가스 분사 수단(146) 각각은 평면적으로 사다리꼴 형태로 형성되되, 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 일측변이 기판 지지부(120)의 에지부에 인접한 타측변보다 상대적으로 짧은 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 제 2 가스 분사 수단(146)은 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각보다 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 제 2 가스 분사 수단(146) 각각에 있어서, 가스 분사량은 일측변에서 타측변으로 갈수록 점점 증가하게 된다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 3 변형 예에 있어서, 제 1 가스 분사 수단(144)의 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 제 2 가스 분사 수단(146) 각각은 평면적으로 사다리꼴 형태로 형성되되, 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 일측변이 기판 지지부(120)의 에지부에 인접한 타측변보다 상대적으로 긴 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 제 2 가스 분사 수단(146)은 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각보다 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다. 이와 같은, 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각에 있어서, 가스 분사량은 일측변에서 타측변으로 갈수록 점점 감소하게 된다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 4 변형 예에 있어서, 제 1 가스 분사 수단(144)의 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 제 2 가스 분사 수단(146) 각각은 평면적으로 부채꼴 형태로 형성되되, 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 일측변이 기판 지지부(120)의 에지부에 인접한 타측변보다 상대적으로 짧은 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 제 2 가스 분사 수단(146)은 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각보다 상대적으로 넓은 면적을 가질 수 있다. 이와 같은, 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b) 각각에 있어서, 가스 분사량은 일측변에서 타측변으로 갈수록 점점 증가하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 가스 분사부에 있어서, 공간 분리 수단의 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 공간 분리 수단의 구조를 변경한 것이다. 이하에서는, 공간 분리 수단의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 공간 분리 수단(142)은 중앙부(142a) 및 제 1 내지 제 3 날개부(142d1, 142d2, 142d3)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 중앙부(142a)는 기판 지지부(120)의 중앙 부분에 중첩되도록 원 형태로 형성되어, 챔버 리드(130)의 중앙 부분에 형성되어 있는 중앙 설치부(미도시)에 삽입 설치된다. 이러한, 상기 중앙부(142a)에는 외부의 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 퍼지 가스를 기판 지지부(120)의 중앙 부분에 하향 분사하기 위한 복수의 홀 또는 슬릿이 형성되어 있다.
상기 제 1 및 제 2 날개부(142d1, 142d2)는 상기 중앙부(142a)의 일측과 타측 각각에 형성되어, 챔버 리드(130)의 중앙 부분의 일측과 타측에 형성되어 있는 제 1 및 제 2 날개 설치부(미도시)에 삽입 설치된다. 이러한, 상기 제 1 및 제 2 날개부(142d1, 142d2) 각각에는 외부의 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 퍼지 가스를 기판 지지부(120)의 중앙 부분의 일측과 타측 각각에 하향 분사하기 위한 복수의 홀 또는 슬릿이 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 공정 챔버(110)의 공정 공간은 상기 중앙부(142a)와 상기 제 1 및 제 2 날개부(142d1, 142d2) 각각에 의해 분사되는 퍼지 가스에 의한 가스 장벽에 의해 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리되게 된다.
상기 제 3 날개부(142d3)는 상기 제 1 반응 공간(112)에 중첩되고 제 1 및 제 2 날개 설치부 사이에 위치하도록 챔버 리드(130)에 형성되어 있는 제 3 날개 설치부(미도시)에 삽입 설치된다. 이러한, 상기 제 3 날개부(142d3)에는 외부의 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 퍼지 가스를 제 1 및 제 2 날개부(142d1, 142d2) 사이의 상기 제 1 반응 공간(112)에 하향 분사하기 위한 복수의 홀 또는 슬릿이 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 제 1 반응 공간(112)은 상기 제 3 날개부(142d3)에 의해 분사되는 퍼지 가스에 의한 가스 장벽에 의해 공간적으로 제 1 및 제 2 가스 반응 영역(112a, 112b)으로 분리되게 된다.
상기 제 1 내지 제 3 날개부(142d1, 142d2, 142d3) 각각은 기판 지지부(120)의 중앙 부분으로부터 외주면으로 갈수록 점점 증가하는 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 기판 지지부(120)의 중앙 부분으로부터 외주면으로 향하는 상기 제 1 내지 제 3 날개부(142d1, 142d2, 142d3) 각각의 측면은 일정한 기울기로 경사지게 형성되거나 계단 형태로 형성될 수 있다.
상기 중앙부(142a) 및 제 1 내지 제 3 날개부(142d1, 142d2, 142d3) 각각은 서로 공간적으로 분리되는 퍼지 가스 분사 공간을 가지는 하나의 몸체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 공정 챔버(110)의 공정 공간을 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리하고, 상기 제 1 반응 공간(112)을 제 1 및 제 2 가스 반응 영역(112a, 112b)으로 분리하기 위한 다양한 형태로 형성될 수 있다.
한편, 상기 공간 분리 수단(142)에서 상기 중앙부(142a)가 퍼지 가스를 분사하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 중앙부(142a)는 기판 지지부(120)의 중앙 부분에 머무는 가스를 공정 챔버(110)의 외부로 펌핑하기 위한 중앙 펌핑 포트로 사용될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 가스 분사부에 있어서, 제 1 가스 분사 수단의 변형 실시 예를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 제 1 가스 분사 수단 각각의 구조를 변경한 것이다. 이하에서는, 제 1 가스 분사 수단의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 상기 가스 분사부(140)의 공간 분리 수단(142)은 공정 챔버(110)의 공정 공간을 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리하고, 제 1 반응 공간(112)을 교번되는 복수의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2) 및 복수의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2)으로 분리한다. 이를 위해, 상기 가스 분사부(140)의 공간 분리 수단(142)은 중앙부(142a) 및 제 1 내지 제 5 날개부(142d1, 142d2, 142d3, 142d4, 142d5)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 중앙부(142a)와 상기 제 1 및 제 2 날개부(142d1, 142d2)는, 전술한 바와 같이, 공정 챔버(110)의 공정 공간을 상기 제 1 및 제 2 반응 공간(112, 114)으로 분리하는 역할을 한다.
상기 제 3 내지 제 5 날개부(142d3, 142d4, 142d5)는 상기 제 1 반응 공간(112)에 중첩되는 상기 제 1 및 제 2 날개부(142d1, 142d2) 사이에 일정한 간격으로 배치되도록, 챔버 리드(130)의 제 1 및 제 2 날개 설치부 사이에 일정한 간격으로 형성되어 있는 제 3 내지 제 5 날개 설치부에 삽입 설치된다. 이러한, 상기 제 3 내지 제 5 날개부(142d3, 142d4, 142d5) 각각에는 외부의 퍼지 가스 공급부(미도시)로부터 공급되는 퍼지 가스를 상기 제 1 반응 공간(112)에 국부적으로 정의된 공간 분할 영역에 하향 분사하기 위한 복수의 홀 또는 슬릿이 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 공정 챔버(110)의 제 1 반응 공간(112)은 상기 제 3 내지 제 5 날개부(142d3, 142d4, 142d5) 각각에 의해 분사되는 퍼지 가스에 의한 복수의 가스 장벽에 의해 공간적으로 서로 교번되는 한 쌍의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2)과 한 쌍의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2)으로 분리되게 된다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 3 날개부(142d1, 142d3) 사이와 상기 제 4 및 제 5 날개부(142d4, 142d5) 사이에는 한 쌍의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2)이 마련될 수 있고, 상기 제 3 및 제 4 날개부(142d3, 142d4) 사이와 상기 제 1 및 제 5 날개부(142d1, 142d5) 사이에는 한 쌍의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2)이 마련될 수 있다.
상기 제 1 가스 분사 수단(144)은 한 쌍의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2) 각각에 제 1 가스를 분사하는 한 쌍의 제 1 가스 분사 모듈(144a1, 144a2) 및 한 쌍의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2) 각각에 제 2 가스를 분사하는 한 쌍의 제 2 가스 분사 모듈(144b1, 144b2)을 포함하여 구성된다.
상기 한 쌍의 제 1 가스 분사 모듈(144a1, 144a2) 각각은 한 쌍의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2) 각각에 중첩되도록 상기 챔버 리드(130)에 분리 가능하게 설치된다. 이때, 상기 한 쌍의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2) 각각에 중첩되는 챔버 리드(130)에는 상기 한 쌍의 제 1 가스 분사 모듈(144a1, 144a2) 각각이 분리 가능하게 설치되는 한 쌍의 제 1 설치부(미도시)가 형성되어 있다. 이러한, 상기 한 쌍의 제 1 가스 분사 모듈(144a1, 144a2) 각각은 외부의 제 1 가스 공급부로부터 전술한 제 1 가스가 공급되는 제 1 가스 분사 공간을 가지며, 상기 제 1 가스 분사 공간에 공급되는 제 1 가스를 상기 한 쌍의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2) 각각에 분사한다.
상기 한 쌍의 제 2 가스 분사 모듈(144b1, 144b2) 각각은 한 쌍의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2) 각각에 중첩되도록 상기 챔버 리드(130)에 분리 가능하게 설치된다. 이때, 상기 한 쌍의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2) 각각에 중첩되는 챔버 리드(130)에는 상기 한 쌍의 제 2 가스 분사 모듈(144b1, 144b2) 각각이 분리 가능하게 설치되는 한 쌍의 제 2 설치부(미도시)가 형성되어 있다. 이러한, 상기 한 쌍의 제 2 가스 분사 모듈(144b1, 144b2) 각각은 외부의 제 2 가스 공급부로부터 전술한 제 2 가스가 공급되는 제 2 가스 분사 공간을 가지며, 상기 제 2 가스 분사 공간에 공급되는 제 2 가스를 상기 한 쌍의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2) 각각에 분사한다.
이와 같은, 상기 제 1 가스 분사 수단(144)은 기판 지지부(120)의 회전에 따라 이동되는 각 기판(10)에 제 1 및 제 2 가스를 순차적으로 분사한다. 이에 따라, 상기 기판 지지부(120)의 회전에 의해 이동되는 각 기판(10)은 상기 한 쌍의 제 1 가스 반응 영역(112a1, 112a2)과 상기 한 쌍의 제 2 가스 반응 영역(112b1, 112b2) 및 가스 장벽 각각을 통과함으로써 제 1 가스, 퍼지 가스, 제 2 가스, 퍼지 가스, 제 1 가스, 퍼지 가스, 제 2 가스, 및 퍼지 가스에 순차적으로 노출되고, 이로 인해 각 기판(10)에는 원자층 흡착 반응에 의한 박막이 증착되게 된다.
한편, 도 8에서는 상기 제 1 가스 분사 수단(144)이 한 쌍의 제 1 가스 분사 모듈(144a1, 144a2) 및 한 쌍의 제 2 가스 분사 모듈(144b1, 144b2)을 포함하여 구성되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 제 1 가스 분사 수단(144)은 퍼지 가스에 의해 형성되는 3개 이상의 가스 장벽에 의해 공간적으로 분리되도록 교번적으로 배치되는 2개 이상의 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈을 포함하여 구성될 수도 있다.
그리고, 도 1 내지 도 8에서는 상기 제 2 반응 공간(114)에 제 3 및 제 4 가스를 함께 분사하는 하나의 제 2 가스 분사 수단(146)이 배치되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 제 2 반응 공간(114)에는 2개 이상의 제 2 가스 분사 수단(146)이 일정한 간격으로 설치될 수도 있다. 나아가, 상기 제 2 반응 공간(114)에는 전술한 퍼지 가스에 의해 가스 장벽이 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 2개의 이상의 제 2 가스 분사 수단(146) 각각은 추가로 형성되는 가스 장벽에 의해 공간적으로 분리될 수 있다.
도 9는 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 도 1과 결부하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 하우징(210), 가스 공급 홀(220), 및 가스 분사 패턴 부재(230)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징(210)은 하면이 개구된 가스 분사 공간(212)을 가지도록 상자 형태로 형성되어 상기 가스 분사 공간(212)에 공급되는 제 1 가스(G1)를 하향 분사한다. 이를 위해, 상기 하우징(210)은 플레이트(210a), 및 측벽(210b)을 포함하여 구성된다.
상기 플레이트(210a)는 평판 형태로 형성되어 챔버 리드(130)의 상면에 결합된다.
상기 측벽(210b)은 가스 분사 공간(212)을 가지도록 플레이트(210a)의 하면 가장자리 부분으로부터 소정 높이로 돌출되어 전술한 챔버 리드(130)에 마련된 제 1 설치부(135)에 삽입된다. 여기서, 상기 측벽(210b)의 하면은 챔버 리드(130)의 하면과 동일 선상에 위치하거나 챔버 리드(130)의 내부에 위치하거나 챔버 리드(130)의 하면으로부터 돌출될 수 있다.
상기 가스 분사 공간(212)은 공정 공간의 제 1 가스 분사 영역(112a)에 연통되도록 상기 측벽(210b)에 의해 둘러싸인다. 이러한, 상기 가스 분사 공간(212)은 기판 지지부(120)에 안착된 기판(10)의 길이보다 큰 길이를 가지도록 형성된다.
상기 가스 공급 홀(220)은 상기 플레이트(210a)를 수직 관통하도록 형성되어 상기 가스 분사 공간(212)에 연통된다. 이때, 상기 가스 공급 홀(220)은 플레이트(210a)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 가지도록 복수로 형성될 수 있다. 이러한, 상기 가스 공급 홀(220)은 가스 공급관(미도시)을 통해 외부의 제 1 가스 공급부에 연결되어 제 1 가스 공급부로부터 공급되는 제 1 가스(G1)를 가스 분사 공간(212)에 공급한다.
상기 가스 분사 패턴 부재(230)는 전술한 가스 분사 공간(212)에 공급되는 제 1 가스(G1)를 상기 제 1 가스 분사 영역(112a)에 하향 분사한다. 이때, 상기 가스 분사 패턴 부재(230)는 가스 분사 공간(212)의 하면을 덮도록 측벽(210b)의 하면에 일체화되거나, 극성을 가지지 않는 절연 재질의 절연판(또는 샤워 헤드) 형태로 형성되어 가스 분사 공간(212)의 하면을 덮도록 측벽(210b)의 하면에 결합될 수 있다. 이에 따라, 가스 분사 공간(212)은 플레이트(210a)와 상기 가스 분사 패턴 부재(230) 사이에 마련되고, 상기 가스 공급 홀(220)을 통해 가스 분사 공간(212)에 공급되는 제 1 가스(G1)는 가스 분사 공간(212) 내부에서 확산 및 버퍼링되어 상기 가스 분사 패턴 부재(230)를 통해 상기 제 1 가스 분사 영역(112a)으로 분사된다.
상기 가스 분사 패턴 부재(230)는 가스 분사 공간(212)에 공급되는 제 1 가스(G1)를 기판(10) 쪽으로 분사하기 위한 가스 분사 패턴(232)을 포함하여 구성된다.
상기 가스 분사 패턴(232)은 일정한 간격을 가지도록 상기 가스 분사 패턴 부재(230)를 관통하는 복수의 홀(또는 복수의 슬릿) 형태로 형성되어 가스 분사 공간(212)에 공급되는 제 1 가스(G1)를 소정 압력으로 분사한다. 이때, 상기 복수의 홀 각각의 직경 및/또는 간격은 기판 지지부(120)의 회전에 따라 이동되는 기판(10)의 전영역에 균일한 양의 가스가 분사되도록 설정될 수 있다. 일례로, 복수의 홀 각각의 직경은 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 제 1 가스 분사 모듈(144a)의 내측으로부터 기판 지지부(120)의 에지부에 인접한 제 1 가스 분사 모듈(144a)의 외측으로 갈수록 증가될 수 있다.
한편, 상기 가스 분사 패턴 부재(230)는 생략될 수 있으며, 이 경우, 제 1 가스(G1)는 가스 분사 공간(212)을 통해 기판(10) 상에 분사되게 된다.
도 10은 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 하우징(210), 가스 공급 홀(220), 절연 부재(240), 및 플라즈마 전극(250)를 포함하여 구성된다.
먼저, 도 9에 도시된 제 1 가스 분사 모듈은 제 1 가스(G1)를 활성화되지 않은 상태로 기판(10) 상에 분사된다. 하지만, 기판(10) 상에 증착하고자 하는 박막의 재질에 따라 상기 제 1 가스(G1)를 활성화시켜 기판(10) 상에 분사할 필요성이 있다. 이에 따라, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 제 1 가스 분사 모듈(144a)은, 도 9에 도시된 가스 분사 모듈의 가스 분사 공간(212)에 플라즈마 전극(250)이 추가되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 전술한 하우징(210)의 플레이트(210a)에는 가스 분사 공간(212)에 연통되는 절연 부재 삽입 홀(222)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 하우징(210)은 챔버 리드(130)에 전기적으로 접속되고, 이로 인해 전술한 상기 하우징(210)의 측벽(210b)은 플라즈마 전극(250)과 함께 플라즈마를 형성하기 위한 제 1 전위를 가지는 제 1 전극, 즉 접지 전극의 역할을 한다.
상기 절연 부재 삽입 홀(222)에는 절연 부재(240)가 삽입된다. 상기 절연 부재(240)에는 가스 분사 공간(212)에 연통되는 전극 삽입 홀(242)이 형성되어 있고, 플라즈마 전극(250)은 상기 전극 삽입 홀(242)에 삽입된다.
상기 플라즈마 전극(250)은 가스 분사 공간(212)에 삽입되어 측벽(210b)과 나란하게 배치되거나 상기 측벽(210b)에 의해 둘러싸인다. 여기서, 상기 플라즈마 전극(250)의 하면은 측벽(210b)의 하면과 동일 선상에 위치하거나 측벽(210b)의 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 돌출되거나 돌출되지 않을 수 있다.
상기 플라즈마 전극(250)은 플라즈마 전원 공급부(260)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 플라즈마를 형성하기 위한 제 2 전위를 가지는 제 2 전극의 역할을 한다. 이에 따라, 플라즈마 전원에 따라 플라즈마 전극(250)과 상기 하우징(210)의 측벽(210b) 사이의 전위차에 따라 플라즈마 전극(250)과 측벽(210b) 사이에 플라즈마가 형성되고, 이로 인해 가스 분사 공간(212)에 공급되는 제 1 가스(G1)는 상기 플라즈마에 의해 활성화되어 상기 제 1 가스 분사 영역(112a)에 분사된다.
기판(10) 및/또는 기판(10)에 증착되는 박막이 상기 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 플라즈마 전극(250)과 측벽(210b) 사이의 간격(또는 갭)은 플라즈마 전극(250)과 기판(10) 사이의 간격보다 좁게 설정된다. 이에 따라, 본 발명은 기판(10)과 플라즈마 전극(250) 사이에 상기 플라즈마를 형성시키지 않고, 기판(10)으로부터 이격되도록 나란하게 배치된 플라즈마 전극(250)과 측벽(210b) 사이에 플라즈마를 형성시킴으로써 상기 플라즈마에 의한 기판(10) 및/또는 박막이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 플라즈마 전원은 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력, 예를 들어, LF(Low Frequency) 전력, MF(Middle Frequency), HF(High Frequency) 전력, 또는 VHF(Very High Frequency) 전력이 될 수 있다. 이때, LF 전력은 3㎑ ~ 300㎑ 범위의 주파수를 가지고, MF 전력은 300㎑ ~ 3㎒ 범위의 주파수를 가지고, HF 전력은 3㎒ ~ 30㎒ 범위의 주파수를 가지며, VHF 전력은 30㎒ ~ 300㎒ 범위의 주파수를 가질 수 있다.
상기 플라즈마 전극(250)과 플라즈마 전원 공급부(260)를 연결하는 급전 케이블에는 임피던스 매칭 회로(미도시)가 접속될 수 있다. 상기 임피던스 매칭 회로는 플라즈마 전원 공급부(260)로부터 플라즈마 전극(250)에 공급되는 플라즈마 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시킨다. 이러한 임피던스 매칭 회로는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 하나로 구성되는 적어도 2개의 임피던스 소자(미도시)로 이루어질 수 있다.
도 11은 도 1에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 제 3 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 제 1 전극 프레임(310), 제 2 전극 프레임(320), 및 절연 프레임(330)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 전극 프레임(310)은 기판 지지부(120)의 제 1 가스 분사 영역(112a)에 중첩되도록 챔버 리드(130)에 형성되어 있는 제 1 설치부(135)에 삽입 설치되어 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지됨으로써 플라즈마 형성을 위한 제 1 전위를 가지는 제 1 전극(GE)의 역할을 한다. 이러한, 상기 제 1 전극 프레임(310)에는 일정한 간격을 가지도록 형성된 복수의 전극 삽입부(EIP)가 형성되어 있다. 복수의 전극 삽입부(EIP) 각각은 상기 제 1 전극 프레임(310)을 수직 방향(Z)으로 관통하도록 형성된다.
상기 제 2 전극 프레임(320)은 절연 프레임(330)을 사이에 두고 상기 제 1 전극 프레임(310)의 상면에 결합되어 플라즈마 형성을 위한 제 2 전위를 가지는 제 2 전극의 역할과 제 1 가스(G1)를 분사하는 역할을 동시에 수행한다. 이를 위해, 상기 제 2 전극 프레임(320)은 프레임 바디(frame body; 321), 복수의 돌출 전극(PE), 가스 공급 유로(323), 복수의 가스 분사 유로(325), 및 복수의 가스 분사구(327)를 포함하여 구성된다.
상기 프레임 바디(321)는 일정한 두께를 가지는 평판 형태로 형성되어 절연 프레임(330)을 사이에 두고 상기 제 1 전극 프레임(310)의 상면에 결합된다. 이러한, 상기 프레임 바디(321)는 전원 케이블(342)을 통해 플라즈마 전원 공급부(340)에 전기적으로 연결되어 플라즈마 전원 공급부(340)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 의해 제 1 전극 프레임(310)의 제 1 전위와 다른 제 2 전위를 갖는다.
상기 플라즈마 전원 공급부(340)는 전원 케이블(342)을 통해 상기 프레임 바디(321)에 전술한 플라즈마 전원을 공급한다. 그리고, 상기 전원 케이블(342)에는 전술한 임피던스 매칭 회로(미도시)가 접속될 수 있다.
상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각은 상기 제 1 전극 프레임(310)에 형성되어 있는 전극 삽입부(EIP)의 면적보다 작은 단면적을 가지도록 상기 프레임 바디(321)의 하면으로부터 기판 지지부(120) 쪽으로 돌출되어 상기 절연 프레임(330)을 관통해 상기 제 1 전극 프레임(310)의 전극 삽입부(EIP)에 삽입된다. 이에 따라, 상기 돌출 전극(PE)의 각 측면은 상기 전극 삽입부(EIP)의 각 측면으로부터 일정한 간격으로 이격됨으로써 상기 돌출 전극(PE)의 각 측면과 상기 전극 삽입부(EIP)의 각 측면 사이에는 갭 공간(GS)이 마련된다.
상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각은 상기 전극 삽입부(EIP)의 각 측면에 의해 둘러싸이도록 상기 전극 삽입부(EIP)의 평면 형태와 동일한 단면을 가지는 원 기둥 또는 다각 기둥 형태로 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 돌출 전극(PE) 각각은 모서리 부분에서 발생되는 아킹(Arcing)을 방지 내지 최소화하기 위해, 각 측면 모서리 부분이 소정 곡률을 가지도록 볼록 또는 오목하게 라운딩될 수 있다.
이와 같은, 상기 복수의 돌출 전극(PE)은 플라즈마 전원 공급부(340)로부터 프레임 바디(321)를 통해 공급되는 플라즈마 전원에 의해 제 2 전위를 가지는 제 2 전극으로써 플라즈마 형성을 위한 플라즈마 전극의 역할을 한다.
상기 가스 공급 유로(323)는 상기 프레임 바디(321)의 내부에 형성되어 제 1 가스 공급부로부터 공급되는 제 1 가스(G1)를 복수의 가스 분사 유로(325) 각각으로 분기시킨다. 여기서, 상기 제 1 가스(G1)에는 플라즈마 발생을 위한 보조 가스가 혼합되어 있을 수 있다.
상기 가스 공급 유로(323)는 상기 프레임 바디(321)의 상면으로부터 일정한 깊이로 형성되어 가스 공급관(미도시)을 통해 상기 제 1 가스 공급부에 연결되는 적어도 하나의 가스 공급 홀(323a), 적어도 하나의 가스 공급 홀(323a)에 연통되도록 상기 프레임 바디(321)의 내부에 제 1 수평 방향(Y)으로 형성되어 가스 공급 홀(323a)을 통해 공급되는 제 1 가스(G1)를 분기시키는 가스 분기 유로(323b), 및 상기 가스 분기 유로(323b)와 복수의 가스 분사 유로(325) 각각을 연통시키는 복수의 연통 홀(323c)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 가스 분기 유로(323b)는 상기 프레임 바디(321)의 측면들 중 제 1 수평 방향(Y)의 양측면에 노출되도록 일자 형태로 형성되고, 그 양측 끝단 부분이 용접에 의해 밀봉되거나 밀봉 캡(미도시)에 의해 밀봉된다.
상기 복수의 가스 분사 유로(325) 각각은 상기 가스 공급 유로(323)에 의해 분기되는 제 1 가스(G1)가 공급되는 상기 프레임 바디(321)의 내부 공간으로서, 상기 가스 공급 유로(323), 즉 상기 복수의 연통 홀(323c) 각각에 연통되도록 상기 가스 분기 유로(323b)와 교차하는 제 2 수평 방향(X)을 따라 상기 프레임 바디(321)의 내부에 일정한 간격으로 형성된다. 여기서, 상기 복수의 가스 분사 유로(325) 각각은 상기 프레임 바디(321)의 측면들 중 제 2 수평 방향(X)의 양측면에 노출되도록 일자 형태로 형성되고, 그 양측 끝단 부분이 용접(325a)에 의해 밀봉되거나 밀봉 캡(325a)에 의해 밀봉된다.
상기 복수의 가스 분사구(327) 각각은 상기 갭 공간(GS)에 중첩되는 상기 복수의 가스 분사 유로(325) 각각에 연통되도록 프레임 바디(321)의 하면에 형성되어 복수의 가스 분사 유로(325) 각각으로부터 공급되는 제 1 가스(G1)를 갭 공간(GS)에 분사한다. 즉, 상기 복수의 가스 분사구(327) 각각은 상기 갭 공간(GS)에 중첩되는 상기 복수의 가스 분사 유로(325) 각각과 프레임 바디(321)의 하면을 수직 관통하도록 형성되어 상기 복수의 가스 분사 유로(325) 각각을 갭 공간(GS)에 연통시킨다.
상기 절연 프레임(330)은 절연 재질, 예를 들어 세라믹 재질로 형성되어 제 1 및 제 2 전극 프레임(310, 320) 사이에 설치됨으로써 제 1 및 제 2 전극 프레임(310, 320)을 전기적으로 절연시킨다. 즉, 상기 절연 프레임(330)은 상기 제 2 전극 프레임(320)의 하면 중 상기 복수의 돌출 전극(PE)과 상기 복수의 가스 분사구(327)를 제외한 나머지 영역을 덮도록 상기 제 2 전극 프레임(320)의 하면에 착탈 가능하게 결합된다. 이러한, 상기 절연 프레임(330)에는 상기 제 2 전극 프레임(320)의 각 돌출 전극(PE)이 삽입 관통하는 복수의 전극 관통부(332)가 형성되어 있으며, 상기 복수의 전극 관통부(332) 각각은 돌출 전극(PE)과 동일한 단면 형태를 가지도록 형성된다.
전술한 제 1 전극 프레임(310)의 하면과 상기 기판(10)의 상면 사이의 제 1 거리(D1)는 전술한 돌출 전극(PE)의 하면과 기판(10)의 상면 사이의 제 2 거리(D2)와 동일하거나 다를 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 거리(D1, D2)는 동일할 수 있으며, 이 경우, 상기 돌출 전극(PE)의 하면은 상기 제 1 전극 프레임(310)의 하면에 대응되는 수평면의 동일 선상에 위치하게 된다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 거리(D1, D2)는 서로 다를 수 있으며, 이 경우, 상기 돌출 전극(PE)은 상기 제 1 전극 프레임(310)의 하면으로부터 기판(10)의 상면 방향으로 돌출되도록 절연 프레임(330)과 제 1 전극 프레임(310)의 전체 두께보다 길게 형성되거나, 상기 제 1 전극 프레임(310)의 하면으로부터 기판(10)의 상면 방향으로 돌출되지 않도록 절연 프레임(330)과 제 1 전극 프레임(310)의 전체 두께보다 짧게 형성될 수 있다.
전술한 제 1 전극 프레임(310)과 절연 프레임(330) 및 제 2 전극 프레임(320)은 하나의 모듈로 일체화되어 챔버 리드(130)의 제 1 설치부(135)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 복수의 돌출 전극(PE)과 제 1 전극 프레임(310) 간의 전위차에 따른 전기장(E-field)을 이용하여, 갭 공간(GS)에 분사되는 제 1 가스(G1)로부터 상기 갭 공간(GS)의 내부 또는 갭 공간(GS)의 하부 영역에 플라즈마를 형성함으로써 상기 플라즈마에 의해 활성화되는 제 1 가스(G1)를 제 1 가스 분사 영역(112a)에 분사한다. 여기서, 상기 플라즈마는 상기 돌출 전극(PE)의 돌출 길이에 따라 상기 갭 공간(GS)의 내부 또는 갭 공간(GS)의 하부 영역에 형성되게 된다.
도 12 내지 도 15는 도 11에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 배면도들로서, 이는 도 11에 도시된 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태를 설명하기 위한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 도 12에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 하나의 전극 삽입부(EIP)와 하나의 돌출 전극(PE)을 포함하여 이루어진다.
일 변형 예에 따른 전극 삽입부(EIP)는 평면적으로 직사각 형태를 가지도록 형성된다. 일 변형 예에 따른 돌출 전극(PE)은 전극 삽입부(EIP)의 측면으로부터 일정한 거리로 이격되어 둘러싸이도록 직사각 기둥 형태로 형성된다. 상기 전극 삽입부(EIP)의 측면과 돌출 전극(PE) 사이에는 전술한 갭 공간(GS)이 마련되고, 상기 갭 공간(GS)에는 제 2 전극 프레임(320)에 형성된 복수의 가스 분사구(327)로부터 제 1 가스가 분사된다.
다음, 도 13에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)은 복수의 전극 삽입부(EIP)와 복수의 돌출 전극(PE)을 포함하여 이루어진다.
다른 변형 예에 따른 전극 삽입부(EIP)는 평면적으로 원 형태를 가지도록 형성되어 격자 형태로 배치될 수 있다. 다른 변형 예에 따른 돌출 전극(PE)은 전극 삽입부(EIP)의 측면으로부터 일정한 거리로 이격되어 둘러싸이도록 원 기둥 형태로 형성된다. 상기 전극 삽입부(EIP)의 측면과 돌출 전극(PE) 사이에는 전술한 갭 공간(GS)이 마련되고, 상기 갭 공간(GS)에는 제 2 전극 프레임(320)에 형성된 복수의 가스 분사구(327)로부터 제 1 가스가 분사된다.
상기 다른 변형 예에 따른 전극 삽입부(EIP)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 평면적으로 정사각(또는 직사각) 형태 또는 각 모서리 부분이 라운딩된 정사각(또는 직사각) 형태를 가지도록 형성되어 격자 형태로 배치될 수도 있으며, 도 15에 도시된 바와 같이, 평면적으로 72도 이하의 내각을 가지는 다각 형태로 형성되어 벌집 형태로 배치될 수 있다.
상기 다른 변형 예에 따른 돌출 전극(PE)은, 도 14 또는 도 15에 도시된 바와 같이, 전극 삽입부(EIP)의 측면으로부터 일정한 거리로 이격되어 둘러싸이도록 원 기둥 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 전극 삽입부(EIP)와 동일한 기둥 형태로 형성되거나 90도 이하의 내각을 가지는 다각 형태의 단면을 가지도록 기둥 형태로 형성될 수 있다.
도 16 내지 도 18은 도 3 내지 도 5에 도시된 제 1 가스 분사 모듈의 배면도들로서, 이는 도 3 내지 도 5에 도시된 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태를 설명하기 위한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 전극 삽입부와 돌출 전극의 다양한 형태에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 도 3 내지 도 5에 도시된 상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)은, 도 9 내지 도 11 중 어느 하나에 도시된 바와 동일한 구조를 가지도록 형성되되, 상기 하우징(210)이 평면적으로 사다리꼴 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
다른 변형 예에 따른 제 1 가스 분사 모듈(144a)이 도 11에 도시된 바와 동일한 구조로 형성될 경우, 상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)은, 도 16에 도시된 바와 같이, 하나의 전극 삽입부(EIP)와 하나의 돌출 전극(PE)을 포함하여 이루어진다.
상기 전극 삽입부(EIP)는 평면적으로 사다리꼴 형태를 가지도록 형성된다.
상기 돌출 전극(PE)은 상기 전극 삽입부(EIP)의 측면으로부터 일정한 거리로 이격되어 상기 전극 삽입부(EIP)에 둘러싸이도록 직사각 기둥 형태로 형성된다. 도 16에서는 상기 전극 삽입부(EIP)에 하나의 돌출 전극(PE)이 삽입 배치되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 전극 삽입부(EIP)에는 일정한 간격으로 나란하게 배치된 복수의 돌출 전극(PE)이 삽입 배치될 수도 있다.
상기 전극 삽입부(EIP)의 측면과 돌출 전극(PE) 사이에는 전술한 갭 공간(GS)이 마련되고, 상기 갭 공간(GS)에는 제 2 전극 프레임(320)에 형성된 복수의 가스 분사구(327)로부터 제 1 가스가 분사된다. 이때, 상기 복수의 가스 분사구(327)는 제 1 가스 분사 모듈(144a)의 일측변으로부터 타측변으로 갈수록 그 개수가 증가할 수 있으며, 이 경우 제 1 가스 분사 모듈(144a)에서는 일측변에서 타측변으로 갈수록 가스 분사량이 점점 증가할 수 있다.
상기 하나의 돌출 전극(PE)은, 도 17에 도시된 바와 같이, 평면적으로 사다리꼴 형태를 가지는 기둥 형태로 형성되어 사다리꼴 형태의 전극 삽입부(EIP)의 내측면에 둘러싸인다. 이때, 상기 하나의 돌출 전극(PE)의 측면은 전극 삽입부(EIP)의 내측면과 일정한 간격으로 이격됨으로써 상기 하나의 돌출 전극(PE)의 측면은 전극 삽입부(EIP)의 내측면 사이에는 일정한 간격의 갭 공간(GS)이 마련된다.
한편, 상기 도 16 및 도 17에 도시된 돌출 전극(PE)의 하면은 기판 지지부(120)의 중심부에 인접한 상기 하우징(310)의 내측에서부터 외측으로 갈수록 경사지도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 하우징(310)의 내측에 인접한 돌출 전극(PE)의 일측 하면은 상기 하우징(310)의 하면과 동일 선상에 위치하고, 상기 하우징(310)의 외측에 인접한 돌출 전극(PE)의 타측 하면은 상기 하우징(310)의 내부에 위치함으로써 상기 돌출 전극(PE)의 하면은 상기 하우징(310)의 하면을 기준으로 일정한 각도로 경사지게 형성된다.
상기 다른 변형 예에 따른 제 1 가스 분사 모듈(144a)이 도 11에 도시된 바와 동일한 구조로 형성될 경우, 상기 제 1 가스 분사 모듈(144a)은, 도 18에 도시된 바와 같이, 복수의 전극 삽입부(EIP)와 복수의 돌출 전극(PE)을 포함하여 이루어진다.
상기 전극 삽입부(EIP)는 평면적으로 원 형태를 가지도록 형성되어 평면적으로 사다리꼴 형태를 이루도록 배치될 수 있다. 상기 돌출 전극(PE)은 전극 삽입부(EIP)의 측면으로부터 일정한 거리로 이격되어 둘러싸이도록 원 기둥 형태로 형성된다. 상기 전극 삽입부(EIP)의 측면과 돌출 전극(PE) 사이에는 전술한 갭 공간(GS)이 마련되고, 상기 갭 공간(GS)에는 제 2 전극 프레임(320)에 형성된 복수의 가스 분사구(327)로부터 제 1 가스가 분사된다.
도 18에 도시된 상기 전극 삽입부(EIP)는 평면적으로 원 형태를 가지는 것에 한정되지 않고, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 90도 이하의 내각을 가지는 다각 형태의 단면을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 돌출 전극(PE) 역시 상기 전극 삽입부(EIP)에 둘러싸이는 원 기둥 형태를 가지는 것에 한정되지 않고, 상기 전극 삽입부(EIP)와 동일한 기둥 형태로 형성되거나 90도 이하의 내각을 가지는 다각 형태의 단면을 가지도록 기둥 형태로 형성될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 제 2 가스 분사 모듈(144b)은 도 9 내지 도 18을 참조하여 전술한 제 1 가스 분사 모듈(144a)과 동일하게 구성되어 외부의 제 2 가스 공급부로부터 공급되는 제 2 가스를 제 1 반응 공간의 제 2 가스 분사 영역에 분사하는 것을 제외하고는 모두 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 19는 도 1에 도시된 제 2 가스 분사 수단의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 도 1과 결부하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 제 2 가스 분사 수단(146)은 플레이트(410a)와 측벽(410b)으로 이루어지는 하우징(410), 상기 하우징(410)의 내부 공간을 공간적으로 제 3 및 제 4 가스 분사 공간(412a, 412b)으로 분리하는 격벽 부재(415), 상기 플레이트(410a)의 일측에 형성되어 상기 제 3 가스 분사 공간(412a)에 제 3 가스(G3)를 공급하는 적어도 하나의 제 3 가스 공급 홀(420a), 상기 플레이트(410a)의 타측에 형성되어 상기 제 4 가스 분사 공간(412b)에 제 4 가스(G4)를 공급하는 적어도 하나의 제 4 가스 공급 홀(420b), 제 3 및 제 4 가스 분사 공간(412a, 412b) 각각의 하면을 덮도록 하우징(410)의 하면에 결합되어 가스 분사 패턴(432)을 통해 가스를 분사하는 가스 분사 패턴 부재(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기의 구성을 가지는 제 2 가스 분사 수단(146)은 상기 격벽 부재(415)에 의해 하우징(410)의 내부 공간이 공간적으로 상기 제 3 및 제 4 가스 분사 공간(412a, 412b)으로 분리되고, 제 3 및 제 4 가스 분사 공간(412a, 412b) 각각에 서로 다른 가스(G3, G4)가 공급되는 것을 제외하고는, 도 9에 도시된 제 1 또는 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은, 제 2 가스 분사 수단(146)은 상기 제 3 가스 분사 공간(412a)을 통해 전술한 제 2 반응 공간(114)에 제 3 가스(G3)를 분사함과 동시에 상기 제 4 가스 분사 공간(412b)을 통해 전술한 제 2 반응 공간(114)에 제 4 가스(G4)를 분사하게 된다. 이에 따라, 전술한 기판 지지부(120)의 회전에 의해 제 2 반응 공간(114)을 통과하는 각 기판(10)에서는 상기 제 3 및 제 4 가스의 화학적 기상 반응에 의한 박막이 증착되거나 소정의 도펀트가 도핑되게 된다.
도 20은 도 1에 도시된 제 2 가스 분사 수단의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 19에 도시된 제 3 가스 분사 공간(412a)에 플라즈마 전극(450)을 추가로 형성한 것이다. 이하에서는, 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 도 19에 도시된 제 2 가스 분사 수단(146)에서는 제 3 가스(G3)가 활성화되지 않은 상태로 기판 상에 분사된다. 하지만, 기판 상에 증착하고자 하는 박막의 재질에 따라 제 3 가스(G3)를 활성화시켜 기판 상에 분사할 필요성이 있다. 이에 따라, 제 2 실시 예에 따른 제 2 가스 분사 수단(146)은 제 3 가스(G3)를 활성화시켜 기판 상에 분사한다.
제 2 실시 예에 따른 제 2 가스 분사 수단(146)은 제 3 가스 분사 공간(412a)에 삽입 배치된 플라즈마 전극(450)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 전술한 하우징(410)의 플레이트(410a)에는 제 3 가스 분사 공간(412a)에 연통되는 절연 부재 삽입 홀(410c)이 형성되고, 상기 절연 부재 삽입 홀(410c)에는 절연 부재(440)가 삽입된다. 상기 절연 부재(440)에는 제 3 가스 분사 공간(412a)에 연통되는 전극 삽입 홀(442)이 형성되고, 플라즈마 전극(450)은 상기 전극 삽입 홀(442)에 삽입된다.
상기 플라즈마 전극(450)은 제 3 가스 분사 공간(412a)에 삽입되어 측벽(410b)과 격벽 부재(415) 각각과 나란하게 배치되거나 둘러싸인다. 여기서, 상기 플라즈마 전극(450)의 하면은 측벽(410b)의 하면과 동일 선상에 위치하거나 측벽(410b)의 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 돌출되거나 돌출되지 않을 수 있다.
상기 플라즈마 전극(450)은 플라즈마 전원 공급부(460)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 3 가스 분사 공간(412a)에 공급되는 제 3 가스(G3)로부터 플라즈마를 형성한다. 이때, 상기 플라즈마는 플라즈마 전원에 따라 플라즈마 전극(450)과 측벽(410b)과 격벽 부재(415) 간에 걸리는 전기장에 의해 형성된다. 이에 따라, 제 3 가스 분사 공간(412a)에 공급되는 제 3 가스(G3)는 상기 플라즈마에 의해 활성화되어 상기 제 2 반응 공간(114)에 분사된다.
이와 같은, 상기 플라즈마 전극(450)과 측벽(410b) 사이의 간격(또는 갭)은 플라즈마 전극(450)과 기판 사이의 간격보다 좁게 설정된다. 이에 따라, 본 발명은 기판과 플라즈마 전극(450) 사이에 상기 플라즈마를 형성시키지 않고, 기판으로부터 이격되도록 나란하게 배치된 플라즈마 전극(450)과 측벽(410b)과 격벽 부재(415) 사이에 플라즈마를 형성시킴으로써 상기 플라즈마에 의한 기판 및/또는 박막이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 20에서는 상기 플라즈마 전극(450)이 제 3 가스 분사 공간(412a)에만 배치되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 플라즈마 전극(450)은 제 4 가스 분사 공간(412b)에도 동일하게 배치되어 상기 제 4 가스 분사 공간(412b)에 플라즈마를 형성할 수 있으며, 이 경우, 상기 제 4 가스 분사 공간(412b)에 공급되는 제 4 가스(G4) 역시 상기 플라즈마에 의해 활성화되어 상기 제 2 반응 공간(114)에 분사되게 된다.
다른 한편, 제 3 실시 예에 따른 제 2 가스 분사 수단(146)은, 도 11에 도시된 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈(144a, 144b)과 동일하게 구성될 수도 있으며, 이 경우, 전술한 제 2 전극 프레임(320)의 가스 공급 유로(323)에는 상기 제 3 및 제 4 가스(G3, G4)가 혼합된 혼합 가스가 공급되고, 상기 혼합 가스는 전술한 복수의 가스 분사 유로(325)와 복수의 가스 분사구(327)를 통해 갭 공간(GS)에 분사됨으로써 전술한 제 1 전극 프레임(310)과 돌출 전극(PE)의 전위차에 따라 상기 갭 공간(GS)에 발생되는 플라즈마에 의해 활성화되어 상기 제 2 반응 공간(114)에 분사되게 된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 퍼지 가스를 이용하여 공정 챔버의 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간으로 분리하고, 제 1 및 제 2 반응 공간 각각에서 서로 다른 증착 반응을 통해 기판에 단층 또는 복층 박막을 증착함으로써 기판에 증착되는 박막의 균일도를 증가시키면서 생산성을 자유롭게 조절할 수 있다. 특히, 본 발명은 상기 제 1 반응 공간에서의 원자층 흡착 반응과 상기 제 2 반응 공간에서의 화학적 기상 반응의 비율을 조절할 수 있어 박막의 막질과 생산성을 용이하게 제어할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 상기 제 1 반응 공간에서의 원자층 흡착 반응 및 상기 제 2 반응 공간에서의 화학적 기상 반응 중 어느 하나의 반응을 통해 박막을 증착하고, 나머지 반응을 통해 박막에 소정의 도펀트를 도핑시킬 수도 있기 때문에 하나의 공정 챔버에서 다양한 기판 처리 공정을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110: 공정 챔버 120: 기판 지지부
130: 챔버 리드 140: 가스 분사부
142: 공간 분리 수단 144: 제 1 가스 분사 수단
144a: 제 1 가스 분사 모듈 144b: 제 2 가스 분사 모듈
146: 제 2 가스 분사 수단 210, 410: 하우징
220: 가스 공급 홀 230, 430: 가스 분사 패턴 부재
310: 제 1 전극 프레임 320: 제 2 전극 프레임
330: 절연 프레임 340: 플라즈마 전원 공급부
130: 챔버 리드 140: 가스 분사부
142: 공간 분리 수단 144: 제 1 가스 분사 수단
144a: 제 1 가스 분사 모듈 144b: 제 2 가스 분사 모듈
146: 제 2 가스 분사 수단 210, 410: 하우징
220: 가스 공급 홀 230, 430: 가스 분사 패턴 부재
310: 제 1 전극 프레임 320: 제 2 전극 프레임
330: 절연 프레임 340: 플라즈마 전원 공급부
Claims (15)
- 공정 공간을 제공하는 공정 챔버;
상기 공정 공간에 회전 가능하게 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 기판 지지부에 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및
상기 챔버 리드에 설치되어 상기 공정 공간을 공간적으로 제 1 및 제 2 반응 공간으로 분리시키고, 상기 제 1 및 제 2 반응 공간 각각에서 서로 다른 증착 반응을 유도하기 위한 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하고,
상기 가스 분사부는 원자층 흡착 반응을 위한 공정 가스를 상기 제 1 반응 공간에 분사하는 제 1 가스 분사 수단, 화학적 기상 반응을 위한 공정 가스를 상기 제 2 반응 공간에 분사하는 제 2 가스 분사 수단, 및 상기 제 1 반응 공간에 국부적으로 퍼지 가스를 분사하여 상기 제 1 반응 공간을 제 1 가스 반응 영역과 제 2 가스 반응 영역으로 분리하는 공간 분리 수단을 포함하며,
상기 제 1 가스 분사 수단은 상기 제 1 가스 반응 영역에 제 1 가스를 분사함과 아울러 상기 제 2 가스 반응 영역에 상기 제 1 가스와 다른 제 2 가스를 분사하여 상기 제 1 반응 공간에서 원자층 흡착 반응을 유도하고,
상기 제 2 가스 분사 수단은 상기 제 2 반응 공간에 제 3 가스와 상기 제 3 가스와 다른 제 4 가스를 함께 분사하여 상기 제 2 반응 공간에서 화학적 기상 반응을 유도하며,
상기 기판 지지부는 원자층 흡착 반응에 따라 기판에 박막이 증착된 후에 화학적 기상 반응에 따라 기판에 박막이 증착되도록 기판이 상기 제 1 가스 반응 영역, 상기 제 2 가스 반응 영역, 및 상기 제 2 반응 공간을 순차적으로 통과하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스 분사 수단은 상기 제 1 가스 반응 영역에 상기 제 1 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 모듈 및 상기 제 2 가스 반응 영역에 상기 제 2 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 모듈을 포함하되, 상기 제 1 가스 분사 모듈과 상기 제 2 가스 분사 모듈 각각이 상기 제 1 가스 반응 영역과 상기 제 2 가스 반응 영역에 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스를 분사하여 상기 제 1 반응 공간에서 원자층 흡착 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 공간 분리 수단은,
상기 제 1 및 제 2 반응 공간 사이에 퍼지 가스를 분사하여 가스 장벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스는 상기 박막의 물질을 포함하는 소스 가스이고,
상기 제 2 가스는 상기 제 1 가스와 반응하는 반응 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈 중 적어도 하나는 제 1 전극과 상기 제 1 전극에 둘러싸이는 제 2 전극 간의 전위차에 의해 발생되는 플라즈마를 이용해 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 분사되는 해당 가스를 활성화시켜 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 전극 각각은 원 또는 다각 형태의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 가스 분사 모듈은 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 일측변과 상기 기판 지지부의 에지부에 인접한 타측변을 가지며,
상기 일측변의 길이는 상기 타측변의 길이와 동일하거나 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 가스는 상기 박막의 물질을 포함하는 소스 가스이고,
상기 제 4 가스는 상기 제 2 가스와 반응하는 반응 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 가스 분사 수단은 플라즈마 전극과 상기 플라즈마 전극을 둘러싸는 접지 전극에 의해 발생되는 플라즈마를 이용해 상기 제 3 및 제 4 가스 중 적어도 한 종류의 가스를 활성화시켜 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 가스 분사 수단은 상기 기판 지지부의 중심부에 인접한 일측변과 상기 기판 지지부의 에지부에 인접한 타측변을 가지며,
상기 일측변의 길이는 상기 타측변의 길이와 동일하거나 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 삭제
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