KR102522687B1 - 박막 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 제조 장치에 관한 것으로서, 내부에 기판의 처리 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부; 상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부; 상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버의 일측에 연결되는 플라즈마 발생부; 및 내부에 라디칼의 이동 통로를 형성하고, 상부면에 상기 이동 통로와 연통되는 복수 개의 제1배기구가 형성되며, 상기 챔버에 연결되는 배플;을 포함하고, 기판에 형성되는 박막의 균일도를 개선할 수 있다.

Description

박막 제조 장치{Thin film processing apparatus}
본 발명은 박막 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 박막 제조 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 기판 등을 열처리하는 방법으로 급속열처리(rapid thermal processing; RTP) 방법이 많이 사용되고 있다.
급속열처리 방법은 텅스텐 램프 등의 열원에서 나오는 방사광(放射光)을 기판에 조사하여 기판을 가열 처리하는 방법이다. 이러한 급속열처리 방법은 퍼니스(furnace)를 이용한 기존의 기판 열처리 방법과 비교하여, 신속하게 기판을 가열하거나 냉각시킬 수 있으며, 압력 조건이나 온도 대역의 조절 제어가 용이하여, 기판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
급속열처리 방법을 적용한 박막 제조 장치는, 주로 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버와, 챔버 내부에서 기판을 지지하는 기판지지대와, 기판지지대에 방사광을 조사하는 열원 및 공정 가스를 활성화시켜 챔버에 공급하기 위한 플라즈마 발생기를 포함하여 구성된다. 이때, 열원과 기판지지대가 챔버의 상부 및 하부에 각각 설치되고, 챔버는 기판을 효율적으로 가열하기 위해 기판과 열원 사이의 거리는 짧고, 수평방향으로는 길고 넓은 처리 공간을 형성하게 된다. 이에 챔버 내부에 플라즈마 발생기를 설치하기 어렵기 때문에 박막 제조 시 플라즈마 발생기를 통해 챔버 외부에서 라디칼을 생성한 후, 챔버의 측벽을 통해 라디칼을 공급하고 있다.
그런데 챔버 내부의 처리 공간이 수평방향으로 길고 넓게 형성되기 때문에 처리 공간 전체에 걸쳐 라디칼이 충분하게 확산되지 못해 박막의 균일도가 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 열원을 이용하여 기판의 온도를 국부적으로 조절하는 방법을 사용하고 있으나, 이 경우 기판의 온도 편차로 인한 열적 스트레스로 기판이 변형되고, 생산성이 저하되는 문제가 있다.
KR 10-0722016 B
본 발명은 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 박막 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 장치는, 내부에 기판의 처리 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부; 상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부; 상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버의 일측에 연결되는 플라즈마 발생부; 및 내부에 라디칼의 이동 통로를 형성하고, 상부면에 상기 이동 통로와 연통되는 복수 개의 제1배기구가 형성되며, 상기 챔버에 연결되는 배플;을 포함할 수 있다.
상기 챔버는 폭 및 두께보다 짧은 높이를 갖도록 형성되는 처리 공간을 제공하며, 상기 챔버는 상기 처리 공간으로 라디칼을 주입하도록 상기 챔버의 일측에 형성되는 주입구를 포함하고, 상기 배플은 상기 챔버의 타측에 일방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
상기 기판지지부는 회전 가능하고, 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판지지대를 포함하고, 상기 배플은 상기 배플의 상부면이 상기 기판지지대의 안착되는 기판의 상부면보다 낮은 위치에 배치되도록 상기 챔버에 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 제1배기구는 수평방향으로 이격되도록 형성되고, 상기 복수 개의 제1배기구 중 일부는 상하방향으로 서로 다른 높이에 형성될 수 있다.
상기 배플은 수평방향으로 연장되도록 상기 챔버에 연결되고, 상기 배플의 상부면은 양쪽이 상기 챔버의 외측으로 하향 경사지도록 형성되는 경사부와, 상기 경사부 사이에 형성되는 수평부를 포함할 수 있다.
상기 경사부는 상기 수평부를 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제1배기구는 상기 경사부에 형성되는 적어도 하나의 외측 배기구와, 상기 수평부에 각각 형성되는 적어도 하나의 내측 배기구를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 내측 배기구의 직경은 상기 적어도 하나의 외측 배기구의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 내측 배기구는 상기 배플이 연장되는 방향 또는 상기 배플이 연장되는 방향에 수평으로 교차하는 방향으로 연장되도록 형성되고, 상기 외측 배기구는 상기 내측 배기구가 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 외측 배기구는 상기 챔버의 외측으로 갈수록 직경이 증가하도록 형성될 수 있다.
상기 경사부는 상기 배플이 연장되는 방향으로 연장되고, 하부로 함몰되도록 형성되는 유도홈을 포함하고, 상기 유도홈은 상기 외측 배기구를 둘러싸도록 형성되고, 상기 챔버의 외측으로 갈수록 깊이 및 폭 중 적어도 하나가 증가하도록 형성될 수 있다.
상기 챔버는, 상기 배플의 양쪽에 상기 챔버를 관통하도록 형성되는 제2배기구를 포함할 수 있다.
상기 제2배기구 각각은 상기 주입구로부터 동일한 거리에 형성되고, 상기 기판지지대의 직경보다 큰 이격 거리를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제2배기구의 직경은 상기 제1배기구의 직경보다 클 수 있다.
상기 배플에 연결되는 제1배기라인과, 상기 제2배기구에 연결되는 제2배기라인을 포함하고, 상기 제1배기라인과 상기 제2배기라인은 하나의 트랩에 연결될 수 있다.
상기 제1배기라인과 상기 제2배기라인 중 적어도 하나에 형성되는 밸브를 포함할 수 있다.
상기 배플은 상기 챔버에 교체 가능하도록 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 제조 장치는, 내부에 기판의 처리 공간을 형성하고, 상기 처리 공간에 라디칼을 주입하기 위한 주입구와, 상기 라디칼을 배출시키기 위한 배기구를 포함하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부; 상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부; 및 상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버의 일측에 연결되는 플라즈마 발생부;를 포함하고, 상기 주입구는 상기 챔버의 일측에 형성되고, 상기 배기구는 상기 챔버의 타측에 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 배기구 각각에 배기라인이 연결되고, 상기 배기라인 각각에 밸브가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 박막 제조 장치에 의하면, 기판의 처리 공간에서 라디칼의 흐름을 제어하여 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다. 즉, 라디칼을 배기하기 위한 배기구의 형상 및 위치를 제어하여, 기판의 처리 공간 전체에 걸쳐 라디칼을 균일하게 확산시킬 수 있다. 따라서 기판의 처리 공간에서 기판에 라디칼을 균일하게 접촉시킴으로써 기판 전체에 걸쳐 박막을 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 박막을 형성하는 과정에서 기판이 열적 스트레스에 의한 기판의 변형을 최소화할 수 있다. 따라서 공정 수율을 향상시키고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 박막 제조 장치를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 선A-A'에 따른 박막 제조 장치의 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 선B-B'에 따른 박막 제조 장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 장치의 요부 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 5는 배플에 형성되는 배기구의 다양한 형상을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 박막 제조 장치를 구성하는 챔버를 개략적으로 보여주는 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 박막 제조 장치를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선A-A'에 따른 박막 제조 장치의 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 선B-B'에 따른 박막 제조 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 장치는, 내부에 기판(W)의 처리 공간을 형성하는 챔버(100)와, 챔버(100)의 내부에 기판(W)을 지지하도록 챔버(100)에 연결되는 기판지지부(300)와, 기판지지부(300)와 대향하도록 챔버(100)에 연결되는 열원부(200)와, 기판지지부(300)와 열원부(200) 사이로 라디칼을 공급하도록 챔버(100)에 연결되는 플라즈마 발생부(400) 및 내부에 라디칼의 이동 통로를 형성하고, 상부면에 이동 통로와 연통되는 복수 개의 제1배기구(520)가 형성되는 배플(510)을 포함할 수 있다. 이때,열원부(200)는 챔버(100)의 상부에 설치될 수 있고, 기판지지부(300)는 챔버(100)의 하부에 설치될 수 있다. 여기에서 박막 제조 장치는 챔버 외부에서 생성된 라디칼을 이용하여 열산화막을 제조하기 위한 RPO(Remote Plasma Oxidation) 장치를 포함할 수 있다. 이때, RPO 장치는 챔버 외부에 설치되는 플라즈마 소스(Remote Plasma Source)와, 열원에서 방출되는 방사광을 기판에 조사하여 기판을 가열하는 급속 열처리(Rapid Thermal Processing) 장치를 결합하여 제작될 수 있다.
이하에서는 챔버(100)를 기준으로 라디칼이 이동하는 방향, 예컨대 챔버 내부로 주입되서 배출되는 방향을 두께 방향이라 하고, 두께 방향에 수평으로 교차하는 방향은 폭 방향이라 한다. 그리고 챔버(100)의 상하방향은 높이 방향이라 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 챔버(100)는 상부 및 하부가 개방되는 대략 사각 틀 형상의 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)의 상부에 연결되는 투과창(120)을 포함할 수 있다.
챔버 몸체(110)는 하나의 몸체로 일체 제작될 수도 있으나, 여러 부품이 연결 또는 결합된 조립 몸체를 지닐 수도 있는데, 이 경우 각 부품 간의 연결 부위에는 밀폐(sealing) 수단(미도시)이 부가적으로 구비될 수 있다. 이에 따라 기판(W)의 가열 또는 냉각 시 장치 내에 투입되는 에너지를 절감해 줄 수 있다. 챔버 몸체(110)에는 기판(W)을 반입 및 반출시키기 위한 게이트(130)가 형성될 수 있고, 박막 제조를 위한 라디칼을 주입하기 위한 주입구(140)가 형성될 수 있다. 게이트(130)와 주입구(140)는 도 2에 도시된 것처럼 챔버 몸체(110)의 폭 방향에 서로 마주보도록 형성될 수도 있고, 동일한 방향, 예컨대 챔버 몸체(110)의 일측에 이격되어 형성될 수도 있다.
투과창(120)은 챔버 몸체(110)의 상부에 챔버 몸체(110)의 내부를 밀폐하도록 연결될 수 있다. 투과창(120)은 챔버(100) 상부에 설치되는 열원부(200)의 열원에서 방출되는 방사광을 투과시킬 수 있고, 고온에 견딜 수 있는 석영, 사파이어 등과 같은 투명 물질로 형성될 수 있다.
이러한 챔버(100)는 내부에 기판(W)을 처리할 수 있는 처리 공간을 형성하도록, 폭, 두께 및 높이를 갖는 중공형으로 형성될 수 있다. 이때, 챔버(100)는 폭 및 두께보다 낮은 높이를 갖도록 형성되며, 챔버(100) 내부에는 상하 방향에 비해 수평 방향으로 길고 넓은 처리 공간을 형성할 수 있다.
챔버 몸체(110)의 일측에는 라디칼을 주입하기 위한 주입구(140)가 형성될 수 있다. 그리고 챔버 몸체(110)의 내부에는 라디칼의 이동 방향을 안내하기 위한 가이드 홈(114)이 형성될 수 있다. 챔버 몸체(110)는 하부를 통해 기판지지부(300)의 기판지지대(320)를 삽입할 수 있도록 하부에 관통구(112)가 형성될 수 있고, 가이드 홈(114)은 관통구(112)의 둘레 방향을 따라 형성될 수 있다. 이때, 가이드 홈(114)은 챔버 몸체(110)의 내부 바닥면을 형성할 수 있다. 가이드 홈(114)은 챔버 몸체(110)의 내부에 라디칼의 이동 방향, 예컨대 챔버 몸체(110)의 두께 방향을 따라 형성될 수 있으며, 라디칼이 처리 공간으로 균일하게 확산될 수 있도록 주입구(140)쪽에서는 챔버 몸체(110)의 두께 방향으로 폭이 점차 증가하는 형상으로 형성될 수 있다.
주입구(140)는 적어도 기판지지부(300)를 구성하는 기판지지대(320)보다 높은 위치에 배치되도록 형성될 수 있고, 기판지지대(320)의 중앙쪽을 향해 라디칼을 공급할 수 있도록 형성될 수 있다. 이는 주입구(140)를 통해 처리 공간으로 주입된 라디칼을 기판(W) 표면을 따라 이동하여 기판(W)에 충분하게 접촉시키기 위함이다.
배플(510)은 주입구(140)와 마주보는 챔버 몸체(110)의 타측에 수평방향으로 연장되도록 설치될 수 있다. 배플(510)은 챔버 몸체(110)를 관통하도록 챔버 몸체(110)에 설치될 수 있다. 이때, 배플(510)은 챔버 몸체(110) 내부에 형성되는 가이드 홈(114)에 기판지지대(320)와 이격되도록 설치되며, 기판지지대(320)의 상부면보다 낮은 위치에 배치되도록 설치될 수 있다. 또한, 배플(510)은 기판지지대(320)의 직경보다 길게 형성될 수 있다.
배플(510)은 내부에 라디칼이 이동할 수 있는 이동 통로가 형성되는 블록 형상으로 형성될 수 있고, 상부면에 라디칼을 배기시키기 위한 복수 개의 제1배기구(520)가 형성될 수 있다. 배플(510)은 챔버(100)의 폭방향을 따라 설치될 수 있도록 일 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 그리고 복수 개의 제1배기구(520)는 배플(510)의 상부면에 배플(510)이 연장되는 수평방향으로 이격되도록 형성고, 복수 개의 제1배기구(520) 중 일부는 상하방향으로 서로 다른 높이에 형성될 수 있다. 복수 개의 제1배기구(520)는 배플(510) 내부에 형성되는 이동 통로와 서로 연통되도록 형성될 수 있다.
배플(510)의 상부면은 양쪽이 챔버(100)의 외측으로 하향 경사지도록 형성되는 경사부(Ⅱ)와, 경사부(Ⅱ) 사이에 형성되는 수평부(Ⅰ)를 포함할 수 있다. 이때, 경사부(Ⅱ)는 수평부(Ⅰ)를 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다. 그리고 복수 개의 제1배기구(520)는 수평부(Ⅰ)에 형성되는 적어도 하나의 내측 배기구(522)와, 경사부(Ⅱ)에 형성되는 적어도 하나의 외측 배기구(524)를 포함할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 외측 배기구(524) 중 가장 외곽에 형성되는 외측 배기구(524)는 기판지지대(320)보다 외측에 형성되고, 나머지 외측 배기구(524)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 이는 주입구(140)를 통해 처리 공간으로 주입된 라디칼을 처리 공간의 가장자리쪽까지 유도하여 처리 공간 전체에 걸쳐 균일하게 확산시키기 위함이다.
배플(510)의 상부면에서 수평부(Ⅰ)는 기판지지대(320)의 중앙부에 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 그리고 수평부(Ⅰ)에 형성되는 내측 배기구(522)는 하나 또는 복수 개로 형성될 수 있고, 기판지지대(320)의 중앙을 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다. 내측 배기구(522)는 경사부(Ⅱ)에 형성되는 외측 배기구(524)에 비해 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 이는 주입구(140)를 통해 주입되는 라디칼이 처리 공간의 가장자리로 충분하게 확산되지 못하고, 기판지지대(320)의 중앙부에 집중되어 흐르는 것을 방지하기 위함이다.
배플(510)의 상부면에서 경사부(Ⅱ)는 수평부(Ⅰ)의 양쪽에 대칭적으로 형성될 수 있고, 기판지지대(320)의 외측으로 연장되도록 형성될 수 있다. 경사부(Ⅱ)에는 적어도 하나의 외측 배기구(524)가 형성될 수 있다. 이때, 외측 배기구(524)는 경사부(Ⅱ) 각각에 한 개씩 형성될 수 있다. 이 경우, 외측 배기구(524)는 배플(510)의 양쪽 끝 부분에 형성될 수 있다. 이는 주입구(140)를 통해 라디칼을 처리 공간의 양쪽 가장자리까지 균일하게 확산시키기 위함이다.
배플(510)은 하부로 함몰되도록 형성되는 유도홈(526)을 포함할 수 있다. 유도홈(526)은 경사부(Ⅱ)에 외측 배기구(524)를 둘러싸도록 형성되어, 배플(510)의 상부면으로 도달하는 라디칼을 외측 배기구(524) 쪽으로 유도할 수 있다. 이때, 유도홈(526)은 라디칼을 외측 배기구(524)쪽으로 원활하게 유도할 수 있도록 배플(510)의 양쪽 끝부분으로 갈수록 깊이 또는 폭이 증가하는 형상으로 형성될 수 있다.
도 5는 배플에 형성되는 제1배기구의 다양한 형상을 보여주는 도면이다.
도 5의 (a)는 배플(510)의 수평부(Ⅰ)에 2개의 내측 배기구(522)를 형성하고, 경사부(Ⅱ) 각각에 4개의 외측 배기구(524)를 수평방향으로 이격시켜 형성한 예를 보여주고 있다. 이 경우, 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)는 원형으로 형성될 수 있고, 외측 배기구(524)는 배플(510)의 양쪽 끝으로 갈수록 직경이 점차적으로 증가하도록 형성될 수 있다.
도 5의 (b)는 배플(510)의 수평부(Ⅰ)에 1개의 내측 배기구(522)를 형성하고, 경사부(Ⅱ) 각각에 4개의 외측 배기구(524)를 수평방향으로 이격시켜 형성한 예를 보여주고 있다. 이때, 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)는 가늘고 긴 타원형으로 형성될 수 있고, 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)는 서로 다른 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 내측 배기구(522)는 배플(510)이 연장되는 방향으로 길게 연장되도록 형성될 수 있고, 외측 배기구(524)는 내측 배기구(522)와 교차하는 방향으로 길게 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 외측 배기구(524)는 배플(510)의 양쪽 끝으로 갈수록 직경 또는 개구가 점차적으로 증가하도록 형성될 수 있다.
여기에서는 수평부(Ⅰ)에 1개 또는 2개의 내측 배기구(522)와, 경사부(Ⅱ)에 각각 4개의 외측 배기구(524)를 형성한 예에 대해서 설명하였으나, 그 개수는 이에 한정되지않고 다양하게 변경 가능하다. 또한, 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)의 형상도 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 배플(510)은 처리 공간 내에서 라디칼의 이동 방향, 이동 거리 및 체류 시간을 조절함으로써 라디칼을 기판(W)에 균일하게 접촉시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조 장치의 요부 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 배플(510)에 형성되는 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)는 상하방향으로 서로 다른 높이에 형성될 수 있다. 즉, 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)가 형성되는 배플(510)의 상부면은 수평부(Ⅰ)와 경사부(Ⅱ)를 포함할 수 있다. 이에 따라 수평부(Ⅰ)에 형성되는 내측 배기구(522)가 경사부(Ⅱ)에 형성되는 외측 배기구(524)는 상하방향으로 서로 다른 높이에 형성될 수 있고, 내측 배기구(522)가 외측 배기구(524)보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 또한, 경사부(Ⅱ)에 복수 개의 외측 배기구(524)가 형성되는 경우, 복수 개의 외측 배기구(524)도 서로 다른 높이에 형성되며, 배플(510)의 양쪽 끝으로 갈수록 외측 배기구(524)는 더 낮은 높이에 형성될 수 있다. 이때, 챔버(100)의 내부 바닥면을 기준으로, 내측 배기구(522)와 챔버(100)의 내부 바닥면까지의 거리(H1)는 외측 배기구(524)와 챔버(100)의 내부 바닥면까지의 거리(H2)보다 짧을 수 있다.
이와 같이 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)를 서로 다른 높이에 형성하면, 처리 공간 내에서 라디칼의 이동 방향, 이동 거리 및 체류 시간을 국부적으로 조절할 수 있다. 주입구(140)를 기준으로, 주입구(140)에서 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)까지의 거리는 서로 다르다. 이와는 별개로 챔버(100)의 일측에서 처리 공간으로 주입된 라디칼은 챔버의 타측으로 수평 이동한 다음, 배플(510)에 형성된 제1배기구(520)를 통해 배출될 수 있다. 이때, 챔버(100)의 타측으로 수평 이동한 라디칼은 챔버(100)의 내부 바닥면보다 낮은 위치에 설치된 배플(510)로 유입되기 위해 상하 방향으로 이동하게 된다. 이 경우, 제1배기구(520), 즉 내측 배기구(522)와 외측 배기구(524)가 형성되는 높이에 따라 라디칼의 상하방향이 이동 거리가 달라지게 된다. 다시 말해서 라디칼은 챔버(100)의 내부 바닥면에서 내측 배기구(522)까지의 거리와 외측 배기구(524)까지의 거리가 길기 때문에 외측 배기구(524)가 형성된 쪽에서 라디칼의 이동 거리가 증가하게 된다. 이에 따라 내측 배기구(522)가 형성되는 기판지지대(320)의 중앙부보다 가장자리부에서 라디칼의 체류 시간을 증가시킬 수 있다. 또한, 배플(510) 상부로 이동한 라디칼 중 일부는 배플(510)의 경사부(Ⅱ) 또는 경사부(Ⅱ)에 형성되는 유도홈(526)을 따라 이동하여 외측 배기구(524)로 배출될 수 있기 때문에 라디칼의 이동 거리를 더 효과적으로 증가시킬 수 있다. 이렇게 처리 공간 내에서 라디칼의 이동 거리를 조절하여, 처리 공간 내에서 라디칼의 체류 시간을 국부적으로 조절할 수 있다. 이를 통해 기판(W) 전체에 걸쳐 라디칼을 균일하게 접촉시킴으로써 기판(W)에 균일도가 우수한 박막을 형성할 수 있다.
배플(510)에는 제1배기구(520)를 통해 배플(510) 내부의 이동 통로로 유입된 라디칼을 배출시키기 위한 제1배기라인(530)이 연결될 수 있다. 이때, 제1배기라인(530)은 처리 공간 내에서 라디칼이 이동 속도를 조절할 수 있도록, 이동 통로와 연통되도록 배플(510)의 연장되는 방향으로 양쪽에 각각 연결될 수 있다. 즉, 제1배기라인(530)은 외측 배기구(524)에 인접하도록 배플(510)에 연결되어, 라디칼이 내측 배기구(522)를 통해 빠르게 배출되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 이들 제1배기라인(530)은 트랩(560)에 연결되고, 트랩(560)에는 펌프(미도시)가 설치된 배기관(560)이 연결될 수 있다. 이러한 구성을 통해 배플(510)은 챔버(100) 내부의 가스 및 라디칼을 배출시키며, 챔버(100) 내부에 진공 형성과 같은 압력 제어도 수행할 수 있다.
배플(510)은 제1배기구(520)의 크기나 형상 등을 다양하게 형성하여 복수 개로 제작될 수 있으며, 공정 조건이나 기판(W)에 형성되는 박막의 균일도에 따라 적절하게 교체해서 사용될 수 있다.
열원부(200)는 챔버(100)의 상부에 설치되어, 챔버(100) 내부에 반입되는 기판(W)을 가열할 수 있다. 열원부(200)는 하부가 개방된 중공형의 지지체(210)와, 지지체(210) 내부에 설치되는 열원(220)을 포함할 수 있다.
지지체(210)는 챔버(100) 또는 챔버(100) 내부의 처리 공간과 유사한 면적을 갖도록 형성될 수 있고, 열원(220)에서 방출되는 방사광을 챔버(100)쪽으로 진행시킬 수 있도록 하부가 개방될 수 있다. 이때, 지지체(210)에는 열원(220)에서 방출되는 방사광을 챔버(100) 쪽으로 반사시킬 수 있도록 오목홈 등과 같은 요철 구조(미도시)가 형성되거나, 반사막(미도시)이 형성될 수 있다. 지지체(210)는 열원(220)에서 방출되는 방사광에 의해 과열되는 것을 방지할 수 있도록 냉각 매체 등을 순환시킬 수 있는 유로(미도시)를 포함할 수 있다.
열원(220)은 텅스텐 할로겐 램프, 카본 램프 및 루비 램프 등과 같이 방사광을 방출시킬 수 있는 램프를 포함할 수 있고, 선형이나 벌브(bulb) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
기판지지부(300)는 열원부(200)와 대향하도록 챔버(100)의 하부에 설치될 수 있다. 기판지지부(300)는 상부에 기판(W)을 지지할 수 있는 기판지지대(320)와, 기판지지대(320)를 회전시키기 위한 구동기(330)를 포함할 수 있다. 또한, 기판지지부(300)는 기판(W)을 상하방향으로 이동시키기 위한 리프트부재(340), 기판(W)의 온도를 측정하기 위한 온도측정기(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 기판지지부(300)는 별도의 하우징(310)을 포함하여, 챔버(100) 내부를 밀폐시킬 수 있도록 챔버(100)의 하부에 결합될 수 있다.
기판지지대(320)는 챔버 몸체(110)에 형성되는 관통구(112) 내에 배치될 수 있다. 기판지지대(320)는 기판(W)이 안착되어 지지될 수 있도록 예를 들어 정전척 등이 마련되어 기판(W)을 정전력에 의해 흡착 유지할 수도 있고, 진공 흡착이나 기계적 힘에 의해 기판(W)을 지지할 수도 있다. 기판지지대(320)는 기판(W)의 형상과 대응되는 형상, 예를 들어 원형으로 형성될 수 있고, 기판(W)보다 크게 제작될 수 있다.
구동기(330)는 회전축(332)을 통해 기판지지대(320)의 하부에 연결되며, 기판(W)에 박막을 형성할 때 기판(W)을 회전시킬 수 있다.
플라즈마 발생부(400)는 공정 가스 공급기(430)와, 외부에서 전원을 공급받아 플라즈마를 생성하고, 공정 가스 공급기(430)에서 공급되는 공정 가스를 활성화시켜 라디칼을 생성하기 위한 플라즈마 발생기(410) 및 라디칼을 챔버(100) 내부로 공급하도록 플라즈마 발생기(410)와 챔버(100)를 연결하기 위한 도파관(420)을 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부(400)는 주입구(140)로 공급되는 라디칼의 유량을 조절할 수 있도록, 도파관(420)에 설치되는 유량 조절기(미도시)를 포함할 수도 있다. 플라즈마 발생부(400)는 챔버 몸체(110)의 일측에 연결되어, 열원부(200)와 기판지지대(320) 사이로 라디칼을 공급할 수 있다.
플라즈마 발생부(400)는 플라즈마 발생기(410)에서 챔버(100)로 공급되는 라디칼의 온도를 일정하게 유지하기 위해, 도파관(420)의 온도를 조절하기 위한 가열부재(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 발생기(410)에서 생성된 라디칼은 도파관(420)을 따라 이동하여 챔버(100) 내부로 공급될 수 있다. 이 경우, 도파관(420)에서 라디칼의 온도가 저하되면, 라디칼 간에 결합이 이루어져 가스 상태로 전환되는 문제가 있다. 따라서 도파관(420)에 가열부재(미도시)를 설치하여, 라디칼의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
공정 가스 공급기(430)는 플라즈마 발생기(410)에 박막 제조를 위한 가스를 공급할 수 있으며, 제조하고자 하는 박막의 종류에 따라 O2, N2, H2, N2O, NH3 등 다양한 공정 가스를 공급할 수 있다. 여기에서는 기판(W) 상부에 산화막을 형성하기 위해 공정 가스 공급기(430)가 플라즈마 발생기(410)에 O2를 공급하는 예에 대해서 설명한다. 공정 가스 공급기(430)는 플라즈마 발생기(410)에 공정 가스를 공급할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시 예에 따른 박막 제조 장치에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 박막 제조 장치를 구성하는 챔버를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 박막 제조 장치는, 챔버(100) 내부의 처리 공간으로 주입된 라디칼을 배출시키기 위한 구성을 제외하고, 앞서 설명한 제1실시 예에 따른 박막 제조 장치와 거의 유사한 구성을 갖는다. 따라서 제1실시 예와 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
챔버 몸체(110)의 일측에는 라디칼을 주입하기 위한 주입구(140)가 형성되고, 챔버 몸체(110)의 타측에는 라디칼을 배출하기 위한 제2배기구(150)가 형성될 수 있다. 이때, 제2배기구(150)는 배플(510)의 양쪽에 각각 형성될 수 있다. 배플(510)은 적어도 기판지지대(320)의 직경 정도의 길이를 갖도록 형성되고, 제2배기구(150)는 기판지지대(320)의 외측에 배치되도록 챔버 몸체(110)에 형성될 수 있다.
제2배기구(150)는 챔버 몸체(110) 내부의 가이드 홈(114)에 챔버 몸체(110)를 상하방향으로 관통하도록 형성될 수 있고, 이외에도 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
제2배기구(150)는 배플(510)에 형성되는 제1배기구(520)보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 이는 처리 공간으로 유입된 라디칼을 처리 공간의 가장자리까지 충분하게 확산시키기 위함이다.
제2배기구(150)에는 제2배기라인(540)이 연결될 수 있다. 이때, 제2배기라인(540)은 배플(510)에 연결되어 있는 제1배기라인(530)과 동일한 트랩(560)에 연결될 수 있다. 이 경우, 제1배기구(520)와 제2배기구(150)로 배출되는 라디칼의 양을 제어하기 위해, 제1배기라인(530)과 제2배기라인(540) 중 적어도 하나에 밸브(570)를 설치할 수 있다.
예컨대 기판(W)에 박막을 형성하고, 형성된 박막의 균일도를 측정하고, 측정 결과에 따라 후속 공정에서 제1배기라인(530)과 제2배기라인(540)을 통해 배출되는 라디칼의 양을 조절할 수 있다. 이 경우, 기판(W)의 중앙부에 형성된 박막의 두께가 미리 설정된 목표 두께보다 얇은 경우, 라디칼의 이동 방향이 제2배기구(150)쪽으로 치우친 것으로 판단할 수 있다. 이에 이전 공정보다 제2배기라인(540)의 개도를 줄여 제2배기구(150)쪽으로 이동하는 라디칼의 양을 줄이거나, 제1배기라인(530)의 개도를 증가시켜 제1배기구(520)쪽으로 이동하는 라디칼의 양을 증가시킬 수 있다.
여기에서는 챔버(100)에 배플(510)를 설치하여, 처리 공간 내에서 라디칼의 이동 방향, 이동 거리 및 체류 시간을 조절하는 것으로 설명하였으나, 챔버(100)에 형성되는 제2배기구(150)의 개수 및 크기를 변경하여 처리 공간 내에서 라디칼의 이동 방향, 이동 거리 및 체류 시간을 조절할 수도 있다. 이 경우, 도시되지 않았으나, 챔버 몸체의 타측에 4개의 제2배기구를 이격시켜 형성하고, 제2배기구 각각에 제2배기라인을 연결할 수 있다. 이 경우, 4개의 제2배기구는 일렬로 배치되도록 형성하거나, 적어도 2개의 열로 배치되도록 형성할 수 있다. 그리고 제2배기라인 각각에 밸브를 설치하고, 제2배기라인의 개도를 조절함으로써 처리 공간 내에서 라디칼의 이동 방향, 이동 거리 및 체류 시간을 조절할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
W: 기판
100 : 챔버 110 : 챔버 몸체
120: 투과창 130: 게이트
140: 주입구 150: 제2배기구
170: 가이드 부재 200: 열원부
300: 기판지지부 400: 플라즈마 발생부
410: 플라즈마 발생기 420: 도파관
430: 공정 가스 공급기 510: 배플
520: 제1배기구 530: 제1배기라인
540: 제2배기라인 550: 트랩
560: 배기관

Claims (18)

  1. 내부에 기판의 처리 공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부;
    상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부;
    상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버의 일측에 연결되는 플라즈마 발생부; 및
    내부에 라디칼의 이동 통로를 형성하고, 상부면에 상기 이동 통로와 연통되는 복수 개의 제1배기구가 형성되며, 상기 챔버에 연결되는 배플;을 포함하고,
    상기 복수 개의 제1배기구는 수평방향으로 이격되도록 형성되고, 상기 복수 개의 제1배기구 중 일부는 상하방향으로 서로 다른 높이에 형성되는 박막 제조 장치.
  2. 내부에 기판의 처리 공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부;
    상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부;
    상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버의 일측에 연결되는 플라즈마 발생부; 및
    내부에 라디칼의 이동 통로를 형성하고, 상부면에 상기 이동 통로와 연통되는 복수 개의 제1배기구가 형성되며, 상기 챔버에 연결되는 배플;을 포함하고,
    상기 배플은 수평방향으로 연장되도록 상기 챔버에 연결되고,
    상기 배플의 상부면은 양쪽이 상기 챔버의 외측으로 하향 경사지도록 형성되는 경사부와, 상기 경사부 사이에 형성되는 수평부를 포함하는 박막 제조 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 챔버는 폭 및 두께보다 짧은 높이를 갖도록 형성되는 처리 공간을 제공하며,
    상기 챔버는 상기 처리 공간으로 라디칼을 주입하도록 상기 챔버의 일측에 형성되는 주입구를 포함하고,
    상기 배플은 상기 챔버의 타측에 일방향으로 연장되도록 배치되는 박막 제조 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판지지부는 회전 가능하고, 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판지지대를 포함하고,
    상기 배플은 상기 배플의 상부면이 상기 기판지지대의 안착되는 기판의 상부면보다 낮은 위치에 배치되도록 상기 챔버에 연결되는 박막 제조 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 경사부는 상기 수평부를 기준으로 대칭적으로 형성되는 박막 제조 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수 개의 제1배기구는 상기 경사부에 형성되는 적어도 하나의 외측 배기구와, 상기 수평부에 각각 형성되는 적어도 하나의 내측 배기구를 포함하는 박막 제조 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내측 배기구의 직경은 상기 적어도 하나의 외측 배기구의 직경보다 작게 형성되는 박막 제조 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내측 배기구는 상기 배플이 연장되는 방향 또는 상기 배플이 연장되는 방향에 수평으로 교차하는 방향으로 연장되도록 형성되고,
    상기 외측 배기구는 상기 내측 배기구가 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 연장되도록 형성되는 박막 제조 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 외측 배기구는 상기 챔버의 외측으로 갈수록 직경이 증가하도록 형성되는 박막 제조 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 경사부는 상기 배플이 연장되는 방향으로 연장되고, 하부로 함몰되도록 형성되는 유도홈을 포함하고,
    상기 유도홈은 상기 외측 배기구를 둘러싸도록 형성되고, 상기 챔버의 외측으로 갈수록 깊이 및 폭 중 적어도 하나가 증가하도록 형성되는 박막 제조 장치.
  12. 청구항 4에 있어서,
    상기 챔버는, 상기 배플의 양쪽에 상기 챔버를 관통하도록 형성되는 제2배기구를 포함하는 박막 제조 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2배기구 각각은 상기 주입구로부터 동일한 거리에 형성되고,
    상기 기판지지대의 직경보다 큰 이격 거리를 갖도록 형성되는 박막 제조 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2배기구의 직경은 상기 제1배기구의 직경보다 큰 박막 제조 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 배플에 연결되는 제1배기라인과, 상기 제2배기구에 연결되는 제2배기라인을 포함하고,
    상기 제1배기라인과 상기 제2배기라인은 하나의 트랩에 연결되는 박막 제조 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1배기라인과 상기 제2배기라인 중 적어도 하나에 형성되는 밸브를 포함하는 박막 제조 장치.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 배플은 상기 챔버에 교체 가능하도록 연결되는 박막 제조 장치.
  18. 내부에 기판의 처리 공간을 형성하고, 상기 처리 공간에 라디칼을 주입하기 위한 주입구를 포함하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 기판을 지지하도록 상기 챔버에 연결되는 기판지지부;
    상기 기판지지부와 대향하도록 상기 챔버에 연결되는 열원부;
    상기 기판지지부와 상기 열원부 사이로 라디칼을 공급하도록 상기 챔버의 일측에 연결되는 플라즈마 발생부; 및
    내부에 라디칼을 배출시키기 위한 이동 통로를 형성하고, 상부면에 상기 이동 통로와 연통되는 배기구가 형성되며, 상기 챔버에 연결되는 배플;을 포함하고,
    상기 주입구는 상기 챔버의 일측에 형성되고, 상기 배기구는 상기 챔버의 타측에 복수 개로 형성되며,
    상기 복수 개의 배기구는 수평방향으로 이격되도록 형성되고, 상기 복수 개의 배기구 중 일부는 상하방향으로 서로 다른 높이에 형성되고,
    상기 복수 개의 배기구 각각에 배기라인이 연결되고, 상기 배기라인 각각에 밸브가 설치되는 박막 제조 장치.
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