KR20220049926A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20220049926A
KR20220049926A KR1020200133650A KR20200133650A KR20220049926A KR 20220049926 A KR20220049926 A KR 20220049926A KR 1020200133650 A KR1020200133650 A KR 1020200133650A KR 20200133650 A KR20200133650 A KR 20200133650A KR 20220049926 A KR20220049926 A KR 20220049926A
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홍성재
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 기판에 증착, 식각 등의 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 공정챔버(100)와; 상기 공정챔버(100) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)으로 가스를 분사하며 가스분사부(200)와; 상기 공정챔버(100) 하측에 설치되어 기판(10)을 지지하며 접지되거나 RF바이어스가 인가되는 기판지지부(300)와; 상기 가스분사부(200)와 연통되어 상기 가스분사부(200)로 가스를 공급하기 위한 가스공급부(400)를 포함하는 기판처리장치를 개시한다.

Description

기판처리장치{Substrate Processing apparatus}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 기판에 증착, 식각 등의 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용해 기판처리를 수행하는 기판처리장치는 플라즈마 생성방법에 따라 CCP 방식 및 ICP 방식으로 구분될 수 있다.
ICP(유도결합플라즈마)는 공정챔버 외부에 설치된 안테나에 전기장을 변화시키면 코일의 내부에 유도자기장이 발생하게 되고 그에 따른 2차 유도전기장이 반응기 내부에 형성되는 것을 이용하여 발생시키는 고밀도 플라즈마를 의미한다.
반면, CCP(용량결합플라즈마)는 공정챔버에 설치된 상부전극 및 하부전극 사이에 용량결합에 의해 유도되는 유도전계를 이용하여 발생시키는 플라즈마를 의미한다.
상기 CCP 방식의 플라즈마를 이용한 기판처리장치는, 일반적으로 상부전극으로서 가스분사를 위한 샤워헤드에 단일 고주파 전원을 인가하고 하부전극으로서 기판을 지지하는 기판지지부(서셉터)를 접지하여 CCP 플라즈마를 형성한다.
그런데, 기판이 대면적화 됨에 따라, 처리공간 내에서 플라즈마가 취약한 영역이 발생되고 처리공간 내의 플라즈마 밀도가 낮은 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 공급된 가스가 처리공간 내에서 CCP플라즈마에 의해 해리되므로 가스 해리율이 낮아져 라디칼 효율이나 반응성이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판처리를 위한 가스의 해리율을 증가시켜 라디칼 효율 및 반응성을 개선하고 박막증착속도 및 박막품질을 개선할 수 있는 기판처리장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은, 처리공간에서 플라즈마 밀도 및 균일도를 향상시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 공정챔버(100)와; 상기 공정챔버(100) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)으로 가스를 분사하며 가스분사부(200)와; 상기 공정챔버(100) 하측에 설치되어 기판(10)을 지지하며 접지되거나 RF바이어스가 인가되는 기판지지부(300)와; 상기 가스분사부(200)와 연통되어 상기 가스분사부(200)로 가스를 공급하기 위한 가스공급부(400)를 포함하는 기판처리장치를 개시한다.
상기 가스공급부(400)는, 기판처리를 위한 가스를 RF전력을 인가해 해리시키는 가스해리부(410)와, 상기 가스분사부(200)에 연통되며 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 가스가 흐르는 유로를 형성하는 복수의 가스공급튜브(420, 430)들을 포함할 수 있다.
상기 가스분사부(200) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)에 유도전계를 형성하는 안테나부(800)를 포함할 수 있다.
상기 가스분사부(200)는, RF전력이 인가되고, 상기 기판지지부(300)는, 접지되거나 또는 RF바이어스가 인가될 수 있다.
상기 가스분사부(200)는, 제1플레이트(210)와, 상기 제1플레이트(210)의 하측에 제1확산공간(F1)이 형성되도록 상기 제1플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제1개방홀(222)들이 관통형성되는 제2플레이트(220)와, 상기 제2플레이트(220)의 하측에 제2확산공간(F2)이 형성되도록 상기 제2플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제2개방홀(232)들이 관통형성되는 제3플레이트(230)를 포함할 수 있다.
상기 가스해리부(410)는, 상기 제1확산공간(F1)으로 공급되는 제1가스 및 상기 제2확산공간(F2)으로 공급되는 제2가스를 서로 다른 주파수의 RF전력을 인가해 해리시킬 수 있다.
상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들은, 상기 가스분사부(200)에 연통되며 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제1가스가 상기 제1확산공간(F1)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)에 결합되는 제1가스공급튜브(420)와, 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제2가스가 상기 제2확산공간(F2)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)를 관통하여 상기 제2플레이트(220)에 결합되는 제2가스공급튜브(430)를 포함할 수 있다.
상기 가스분사부(200)는, 상기 제1확산공간(F1)으로 공급된 상기 제1가스가 상기 제2확산공간(F2)에 유입되지 않도록, 상기 제1개방홀(222)과 상기 제2개방홀(232) 사이에 설치되는 다수의 연결유로(240)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2개방홀(232)은, 상기 제1가스가 분사되기 위해 상기 연결유로(240)와 연통되는 제1가스분사홀(232a)과, 상기 제2확산공간(F2)으로 공급된 상기 제2가스가 분사되기 위한 제2가스분사홀(232b)을 포함할 수 있다.
상기 가스해리부(410)는, 상기 제1가스공급튜브(420) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제1가스공급튜브(420) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 제1코일부(610)와, 상기 제2가스공급튜브(430) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제2가스공급튜브(430) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 제2코일부(620)를 포함할 수 있다.
상기 제1코일부(610)에 인가되는 RF전력의 주파수와 상기 제2코일부(620)에 인가되는 RF전력의 주파수는 서로 상이할 수 있다.
상기 제1코일부(610) 및 상기 제2코일부(620)는, 평면 상 위치에 따라 인가되는 RF전력의 주파수가 상이할 수 있다.
상기 제1가스 및 상기 제2가스 중 적어도 하나는, 두 종류 이상의 가스가 혼합된 혼합가스일 수 있다.
상기 가스해리부(410)는, 상기 제1가스공급튜브(420)의 일단에 결합되는 제1원격플라즈마소스(710)와, 상기 제2가스공급튜브(430)의 일단에 결합되는 제2원격플라즈마소스(720)를 포함할 수 있다.
상기 제1원격플라즈마소스(710)의 RF주파수와 상기 제2원격플라즈마소스(720)의 RF주파수는 서로 상이할 수 있다.
상기 안테나부(800)는, 일단이 제3RF전원(540)에 연결되고 타단이 접지되며, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들과 간섭되지 않는 위치에 나선형으로 권선되어 설치되는 하나 이상의 스파이럴 타입 안테나일 수 있다.
상기 스파이럴 타입 안테나는, 복수로 구비되어 상기 가스분사부(200) 상측 복수의 영역들 마다 대응되어 설치될 수 있다.
상기 스파이럴 타입 안테나는, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들 중 하나를 중심으로 나선형으로 권선될 수 있다.
상기 안테나부(800)는, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들과 간섭되지 않는 위치에 설치되며, 제3RF전원(540)에 연결된 일단이 2분기되어 연장 형성된 후 타단에서 병합된 후 접지되어 폐곡선을 형성하는 하나 이상의 루프형 안테나일 수 있다.
상기 루프형 안테나는, 복수로 구비되어 상기 가스분사부(200) 상측 복수의 영역들 마다 대응되어 설치될 수 있다.
상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들은, 상기 루프형 안테나의 내측에 위치될 수 있다.
상기 가스분사부(200), 상기 가스해리부(410), 및 상기 안테나부(800)에 인가되는 RF전력의 주파수 중 적어도 2개의 주파수가 서로 중첩되어 발생되는 하울링을 제거하기 위한 RF필터를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 공정챔버 외측에서 1차 해리된 가스를 공정챔버의 가스분사부로 공급하고 공정챔버 내부 처리공간에서 1차 해리된 가스를 처리공간 내 플라즈마를 이용해 2차 해리시킴으로써 처리공간 내에서 이온 라디칼 효율이 향상되고 반응성이 향상되어 박막증착 속도가 개선되는 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판처리를 위한 가스의 해리율에 따라 가스 1차 해리를 위한 주파수가 변동되도록 제어함으로써 가스의 해리율을 크게 증가시킬 수 있고, 이를 통해 처리공간 내 플라즈마 밀도 및 균일도를 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리장치를 통한 기판처리 시 보다 고밀도의 얇은 두께의 박막 증착이 가능하며 보다 적은 가스를 사용할 수 있어 기판처리를 위한 가스 분해 시 발생가능한 H2의 농도를 낮춰 H2가 박막내 침투하여 박막품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 3a는, 도 1의 기판처리장치의 구성 일부를 보여주는 평면도이다.
도 3b는, 도 3a의 변형례를 보여주는 평면도이다.
도 4는, 도 1의 기판처리장치의 구성 일부의 전기적 연결관계를 보여주는 회로도이다.
도 5a는, 도 1 내지 도 2의 기판처리장치에서 가스 1차 해리를 위한 RF파워와 처리공간 내 이온플럭스 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 5b는, 도 1 내지 도 2의 기판처리장치에서 가스 1차 해리를 위한 RF파워와 처리공간 내 라디칼 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6d는, 도 1 내지 도 2의 기판처리장치에서 처리공간 내의 유도전계를 보여주는 시뮬레이션이다.
이하, 본 발명에 따른 기판처리장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 플라즈마를 이용하여 기판처리를 수행하기 위한 처리장치로서, 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 공정챔버(100)와, 상기 공정챔버(100) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)으로 가스를 분사하는 가스분사부(200)와, 상기 공정챔버(100) 하측에 설치되어 기판(10)을 지지하는 기판지지부(300)와, 상기 가스분사부(200)와 연통되어 상기 가스분사부(200)로 가스를 공급하기 위한 가스공급부(400)를 포함한다.
상기 공정챔버(100)는, 기판처리를 위해 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 공정챔버(100)는, 상측이 개구된 챔버본체와, 챔버본체의 개구에 탈착가능하게 결합된 상부리드를 포함할 수 있다.
상기 챔버본체는, 기판지지부(300) 등이 설치되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하며, 처리공간(S)에 기판(10)의 도입 및 배출을 위한 내측벽에 하나 이상의 게이트(미도시)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 챔버본체에는, 처리공간(S) 내의 가스나 공정부산물을 배기하기 위한 배기구(104)가 형성될 수 있다.
상기 공정챔버(100)는, 접지될 수 있다.
상기 기판지지부(300)는, 상기 공정챔버(100) 하측에 설치되어 기판(10)을 지지하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 기판지지부(300)는, 처리공간(S) 내에 용량결합플라즈마를 형성하기 위한 하부전극으로 기능할 수 있다.
예로서, 상기 기판지지부(300)는, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, RF바이어스가 인가될 수 있다.
상기 RF바이어스(RF bias)는, 기판지지부(300) 내에 설치된 바이어스플레이트(302)에 인가되는 RF바이어스용 RF전원(520)에 의해 기판지지부(300)에 인가될 수 있다.
상기 RF바이어스용 RF전원(520)는, 저주파, 예를 들어, 13.56Mhz 또는 2Mhz의 주파수의 RF전력을 인가할 수 있다.
상기 기판지지부(300)에 RF바이어스용 RF전원(520)에 의해 RF바이어스가 인가되면, 음의 바이어스 전압 또는 시스전압이 발생될 수 있고, 이는 처리공간(S) 내의 해리된 가스를 가속하여 반응성을 향상시켜 생산성이 향상될 수 있다.
특히, 기판지지부(300)에 바이어스 전압이 형성됨으로써, 기판(10) 상에 보다 치밀하고(high density) 얇은 박막이 형성될 수 있는 이점이 있다. 이를 통해 기판(10)의 휨에 대한 스트레스를 저감 시킬 수 있고, ALD 와 유사한 치밀하고 얇은 박막이 형성될 수 있는 이점이 있다.
다른 예로서, 상기 기판지지부(300)는, 도시하지는 않았으나, 접지될 수 있다.
이때, 상기 기판지지부(300)는, 가변커패시터(VVC(Vacuum Variable Capacitor))를 통해 접지될 수 있다.
또한, 상기 기판지지부(300) 내부에는, 기판(10) 온도조절을 위한 히터부(304)가 설치될 수 있다.
상기 가스분사부(200)는, 상기 공정챔버(100) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)으로 가스를 분사하기 위한 샤워헤드로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 가스분사부(200)는, RF전력이 인가되어 상기 기판지지부(300)와 함께 처리공간(S) 내에 용량결합플라즈마를 형성하기 위한 상부전극으로 기능할 수 있다.
상기 가스분사부(200)에서 분사되는 가스는 증착, 식각 등의 기판처리를 위한 가스로서, 단일종류 또는 여러 종류의 가스가 혼합된 혼합가스일 수 있다.
예로서, 상기 가스는, 기판(10) 상에 질화막을 증착하기 위한 원료가스로서 H2, SiH4, NH3, N2O, N2 등이 혼합된 혼합가스일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가스분사부(200)는, 외부의 제1RF전원(510)과 전기적으로 연결되는 제1플레이트(210)와, 상기 제1플레이트(210)의 하측에 제1확산공간(F1)이 형성되도록 상기 제1플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제1개방홀(222)들이 관통형성되는 제2플레이트(220)와, 상기 제2플레이트(220)의 하측에 제2확산공간(F2)이 형성되도록 상기 제2플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제2개방홀(232)들이 관통형성되는 제3플레이트(230)를 포함할 수 있다.
상기 제1플레이트(210)는, 외부의 제1RF전원(510)과 전기적으로 연결되는 최상부 플레이트일 수 있다.
상기 제1RF전원(510)은, 가스분사부(200)에 RF전원을 인가하기 위한 구성으로, 다양한 주파수의 RF전력을 인가할 수 있다.
예로서, 상기 제1RF전원(510)은, 13.56Mhz의 주파수의 RF전력을 가스분사부(200)로 인가할 수 있다.
상기 제2플레이트(220)는, 제1플레이트(210)의 하측에 제1확산공간(F1)이 형성되도록 상기 제1플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제1개방홀(222)들이 관통형성되는 플레이트일 수 있다.
상기 제2플레이트(220)는, 상기 제1플레이트(210) 가장자리 둘레에 결합될 수 있다.
상기 제1개방홀(222)들은 제1확산공간(F1)에 유입되는 가스가 처리공간(S)으로 분사되기 위한 홀로서, 다양한 형상, 크기로 형성될 수 있으며, 다양한 위치에 다양한 패턴 및 밀도로 형성될 수 있다.
상기 제2플레이트(220)는 상기 제1플레이트(210)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제3플레이트(230)는, 상기 제2플레이트(220)의 하측에 제2확산공간(F2)이 형성되도록 상기 제2플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제2개방홀(232)들이 관통형성되는 플레이트일 수 있다.
상기 제3플레이트(230)는 상기 제2플레이트(220)의 가장자리 둘레에 결합될 수 있다.
상기 제2개방홀(232)은 상기 제1확산공간(F1) 및 상기 제2확산공간(F2)에 유입되는 가스가 처리공간(S)으로 분사되기 위한 홀로서, 다양한 형상, 크기로 형성될 수 있으며, 다양한 위치에 다양한 패턴 및 밀도로 형성될 수 있다.
상기 제3플레이트(230)는 상기 제2플레이트(220)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1확산공간(F1)에 유입되는 가스를 제1가스라 하고, 상기 제2확산공간(F2)에 유입되는 가스를 제2가스라 할 수 있다.
상기 제1가스 및 제2가스는 처리공간(S) 내에서 화학반응을 거쳐 기판(10) 상에 박막을 형성하기 위한 원료가스, 반응가스 등의 공정가스와, 불활성가스 등(예로서, SiH4, NH3, N2O, NO, H2, N2 등)을 포함할 수 있다.
상기 제1가스 및 상기 제2가스 중 적어도 하나는, 두 종류 이상의 가스가 혼합된 혼합가스일 수 있다.
상기 제1확산공간(F1)에 유입되는 제1가스와 제2확산공간(F2)에 유입되는 제2가스가 서로 혼합되는 경우, 처리공간(S)이 아닌 가스분사부(200) 내에서 반응하여 가스분사부(200)의 제1개방홀(222) 또는 제2개방홀(232)이 막히는 문제점이 발생될 수 있다.
이를 위해, 상기 가스분사부(200)는, 상기 제1확산공간(F1)으로 공급된 상기 제1가스가 상기 제2확산공간(F2)에 유입되지 않도록, 상기 제1개방홀(222)과 상기 제2개방홀(232) 사이에 설치되는 다수의 연결유로(240)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 연결유로(240)는, 제1개방홀(222)을 통과하는 제1가스가 제2확산공간(F2)을 바이패스하여 곧바로 처리공간(S)으로 유입될 수 있도록 하는 연결유로로서, 다양한 구성이 가능하다.
이를 통해, 제1확산공간(F1)의 제1가스와 제2확산공간(F2)의 제2가스가 서로 혼합되지 않은 상태로 서로 독립적으로 처리공간(S)으로 분사될 수 있고, 처리공간(S)에서만 서로 혼합되어 반응할 수 있다.
상기 제2개방홀(232)은, 상기 제1가스가 분사되기 위해 상기 연결유로(240)와 연통되는 제1가스분사홀(232a)과, 상기 제2확산공간(F2)으로 공급된 상기 제2가스가 분사되기 위한 제2가스분사홀(232b)을 포함할 수 있다.
상기 제1가스분사홀(232a)은, 제1가스가 분사되기 위해 제2플레이트(220)의 제1개방홀(222)와 연결유로(240)를 통해 연통되는 홀로서, 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1가스분사홀(232a)은, 연결유로(240)가 상하 직선방향으로 연장형성될 수 있도록 제1개방홀(222)과 상하 중첩되는 위치에 형성됨이 바람직하다.
상기 제2가스분사홀(232b)는, 제2확산공간(F2)로 공급된 제2가스가 분사되기 위한 홀로서, 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1가스분사홀(232a)과 상기 제2가스분사홀(232b)은, 균일한 가스분사를 위해 서로 교번하여 배치될 수 있다.
상기 연결유로(240)는, 제1가스를 위한 피드스루로서, 제1개방홀(222)과 제1가스분사홀(232a)의 연결경계에서 실링될 수 있다.
상기 제1플레이트(210), 제2플레이트(220) 및 제3플레이트(230)는, 내부에 플라즈마가 직접노출되는 면에 쿨링을 위한 쿨링수단(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 가스공급부(400)는, 상기 가스분사부(200)와 연통되어 상기 가스분사부(200)로 가스를 공급하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
본 발명에서 상기 가스공급부(400)는, 가스분사부(200)로 1차 해리된 상태의 가스를 공급할 수 있다.
상기 가스공급부(400)에 의해 1차 해리된 가스가 가스분사부로(200)로 공급되어 처리공간(S)으로 분사된 후, 처리공간(S) 내에서 가스분사부(200)와 기판지지부(300) 사이에 형성되는 용량결합 플라즈마에 의해 2차 분해되어 반응함으로써, 보다 균일하고 고밀도의 라디칼을 형성할 수 있고 결과적으로 반응성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이를 통해, uniformity가 개선되며, ALD 공정과 유사한 치밀한 박막을 빠른 증착속도로 형성할 수 있고, 결과적으로 생산성이 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한, 가스를 1차 해리시킨 후 처리공간(S)에 공급함으로써, 보다 적은 양의 가스를 이용하여도 의도한 기판처리가 가능해지는 이점이 있다.
공정가스로서, SiH4, NH3 사용 시 반응결과 H2가 발생되는데 이는 박막에 침투하여 박막품질을 저하(TFT 구동특성 변화, 화소/화질 저하, IGZO 특성 변화 등)시키는 원인이 되는데, 본 발명의 경우 공정 시 발생되는 H2의 발생량을 줄일 수 있어 저농도의 H2 박막을 형성하여 박막품질을 개선할 수 있는 이점이 있다.
보다 구체적으로, 상기 가스공급부(400)는, 상기 제1확산공간(F1)으로 공급되는 제1가스 및 상기 제2확산공간(F2)으로 공급되는 제2가스를 서로 다른 주파수의 RF전력을 인가해 해리시키는 가스해리부(410)와, 상기 가스분사부(200)에 연통되며 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제1가스가 상기 제1확산공간(F1)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)에 결합되는 제1가스공급튜브(420)와, 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제2가스가 상기 제2확산공간(F2)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)를 관통하여 상기 제2플레이트(220)에 결합되는 제2가스공급튜브(430)를 포함할 수 있다.
상기 가스해리부(410)는, 상기 가스분사부(200)로 1차 해리된 가스를 공급하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 가스해리부(410)는, RF전력을 이용해 플라즈마를 형성하고 이를 이용해 가스분사부(200)로 공급될 제1가스 및 제2가스를 해리시킬 수 있다.
그런데, 상기 제1가스 및 상기 제2가스를 구성하는 각 가스들은 특정 차이로 인하여 동일 조건에서 해리율이 서로 다를 수 있다.
이때, 상기 가스해리부(410)는, 상기 제1확산공간(F1)으로 공급되는 제1가스 및 상기 제2확산공간(F2)으로 공급되는 제2가스를 해리율에 따라 서로 다른 주파수의 RF전력을 인가해 해리시킬 수 있다.
예로서, 제1가스에 SiH4가 공정가스로서 포함되고, 제2가스에 NH3가스가 공정가스로서 포함된다고 가정할 때, SiH4는 상대적으로 Low Frequency에서 해리되며, NH3는 상대적으로 High Frequency에서 해리될 수 있다.
즉, 상기 가스해리부(410)는 각 가스의 해리율에 따라 다른 주파수를 이용해 가스를 해리시킬 수 있고, 해리된 가스는 가스분사부(200)를 통해 처리공간(S)으로 분사되어 용량결합 플라즈마를 통해 2차 분해되고 재결합이 방지되는 화학반응이 유도될 수 있다.
상기 가스해리부(410)의 구체적인 예는, 제1가스공급튜브(420) 및 제2가스공급튜브(430)에 대해 설명한 후 후술하기로 한다.
상기 제1가스공급튜브(420)는, 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제1가스가 상기 제1확산공간(F1)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)에 결합되는 가스유로로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 제1가스공급튜브(420)는, 제1플레이트(210) 상부에서 하부로 연장형성되며 제1플레이트(210)에 구비되는 결합공(212)을 관통하여 제1확산공간(F1)과 연통될 수 있다.
상기 제1가스공급튜브(420)의 끝단에는 제1확산공간(F1)으로 제1가스를 확산시키기 위한 제1디퓨저(252)가 설치될 수 있다.
상기 제1디퓨저(252)는, 제1가스공급튜브(420)를 따라 유입된 가스가 제1확산공간(F1)에서 수평방향으로 확산되도록 제1가스를 분사하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 제1가스공급튜브(420)와 제1플레이트(210)의 결합경계 및 제1디퓨저(252)와 제1플레이트(210)의 결합경계는 제1가스가 유출되지 않도록 실링될 수 있다.
상기 제1가스공급튜브(420)는, 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 대면적 기판(10)을 처리하기 위하여 제1플레이트(210)의 평면 상 균일한 가스분사가 가능한 위치에 복수로 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 복수의 제1가스공급튜브(420)들은, 도 3a 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 가스분사부(200)의 평면 상에서 일정 간격으로 이격되어 복수의 열로 배치될 수 있다.
상기 제1가스공급튜브(420)가 복수로 구비되는 경우, 각 제1가스공급튜브(420)는 제1가스를 구성하는 가스가 모두 혼합된 상태로 제1가스공급튜브(420)로 유입되거나 또는 제1가스를 구성하는 가스가 분기된 상태로 독립적으로 각 제1가스공급튜브(420)로 제1확산공간(F1)으로 유입될 수 있다.
도 1 및 도 2에서 A는 제1가스공급튜브(420)를 통해 제1확산공간(F1)으로 유입되는 제1가스를 의미하는 것으로서 단일종류의 가스 또는 여러 종류의 가스로 구성될 수 있다.
또한, 외부의 제1가스공급원(미도시)에서 복수의 제1가스공급튜브(420)까지 이어지는 가스라인에는 제1가스를 구성하는 각 가스의 유량을 독립적으로 제어하거나 각 가스가 가스라인에서 혼합되는 것을 방지하기 위한 밸브(미도시)들이 구비될 수 있다.
상기 제2가스공급튜브(430)는, 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제2가스가 상기 제2확산공간(F2)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)를 관통하여 제2플레이트(220)에 결합되는 가스유로로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 제2가스공급튜브(430)는, 제1플레이트(210) 상부에서 하부로 연장형성되며 제1플레이트(210)에 구비되는 결합공(212)을 관통하여 제1확산공간(F1)을 지나 제2플레이트(220)의 결합구(224)에 연통될 수 있다.
상기 제2가스공급튜브(430)의 끝단에는 제2확산공간(F2)으로 제2가스를 확산시키기 위한 제2디퓨저(254)가 설치될 수 있다.
상기 제2디퓨저(254)는, 제2가스공급튜브(430)를 따라 유입된 가스가 제2확산공간(F2)에서 수평방향으로 확산되도록 제2가스를 분사하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 제2가스공급튜브(430)와 제2플레이트(220)의 결합경계 및 제2디퓨저(254)와 제2플레이트(220)의 결합경계는 제1가스가 유출되지 않도록 실링될 수 있다.
상기 제2가스공급튜브(430)는, 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 대면적 기판(10)을 처리하기 위하여 제1플레이트(210)의 평면 상 균일한 가스분사가 가능한 위치에 복수로 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 복수의 제2가스공급튜브(430)들은, 도 3a 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 가스분사부(200)의 평면 상에서 일정 간격으로 이격되어 복수의 열로 배치될 수 있다.
이때, 상기 복수의 제1가스공급튜브(420)들과 복수의 제2가스공급튜브(430)들은, 균일한 가스분사를 위해 서로 교번하도록 미리 설정된 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제2가스공급튜브(430)가 복수로 구비되는 경우, 각 제2가스공급튜브(430)는 제2가스를 구성하는 가스가 모두 혼합된 상태로 제2가스공급튜브(430)로 유입되거나 또는 제2가스를 구성하는 가스가 분기된 상태로 독립적으로 각 제2가스공급튜브(430)로 제2확산공간(F2)으로 유입될 수 있다.
또한, 외부의 제2가스공급원(미도시)에서 복수의 제2가스공급튜브(430)까지 이어지는 가스라인에는 제2가스를 구성하는 각 가스의 유량을 독립적으로 제어하거나 각 가스가 가스라인에서 혼합되는 것을 방지하기 위한 밸브(미도시)들이 구비될 수 있다.
상기 제1가스공급튜브(420) 및 제2가스공급튜브(430)는, 플라즈마내식성을 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1가스공급튜브(420) 및 제2가스공급튜브(430)는, 가스해리부(410)에 의해 해리된 가스에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 내주면이 Al코팅 된 쿼츠 재질로 이루어지거나, 세라믹 재질로 이루어지거나 또는 AlN재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1가스공급튜브(420)와 제2가스공급튜브(430)는, 플라즈마에 직접노출되는 면에 쿨링을 위한 쿨링수단(미도시)이 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가스해리부(410)는, 상기 제1가스공급튜브(420) 및 제2가스공급튜브(430) 외주면에 설치되는 나선형 코일일 수 있다.
구체적으로, 상기 가스해리부(410)는, 상기 제1가스공급튜브(420) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제1가스공급튜브(420) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 제1코일부(610)와, 상기 제2가스공급튜브(430) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제2가스공급튜브(430) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 제2코일부(620)를 포함할 수 있다.
상기 제1코일부(610)는, 상기 제1가스공급튜브(420) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제1가스공급튜브(420) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 나선형코일로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 제1코일부(610)는, 일단이 제2RF전원(530)에 연결되며 타단이 가변커패시터(VVC)를 통해 접지될 수 있다.
상기 제1코일부(610)는, 제1가스공급튜브(420)의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있다.
상기 제1코일부(610)는, 가스분사부(200) 상부면을 기준으로 미리 설정된 높이 D에 미리 설정된 길이 L 만큼 제1가스공급튜브(420)의 외주면에 권선될 수 있다.
상기 제1코일부(610)에 제2RF전원(530)에 의해 RF전력이 인가됨에 따라 제1가스공급튜브(420) 내측을 따라 흐르는 가스가 1차 해리되어 플라즈마가 형성될 수 있다.
상기 제1코일부(610)는 제1가스공급튜브(420)를 따라 흐르는 가스의 해리율에 따라 조정(변동)된 주파수의 RF전원이 인가될 수 있다.
예로서, 상기 제1코일부(610)에는 13.56Mhz 또는 27Mhz의 High frequency RF전원이 인가될 수 있다.
상기 제1코일부(610)의 끝단에 연결되는 가변커패시터(VVC)는 제1코일부(610)에 직렬, 병렬, 또는 직병렬 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1코일부(610)에 인가되는 RF전원의 파워 또한 제1가스공급튜브(420)를 따라 흐르는 가스, 또는 제1가스공급튜브(420)의 평면 상 위치에 따라 가변(조정)될 수 있다.
유사하게, 상기 제2코일부(620)는, 상기 제2가스공급튜브(430) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제2가스공급튜브(430) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 나선형코일로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 제2코일부(620)는, 일단이 제2RF전원(530)에 연결되며 타단이 가변커패시터(VVC)를 통해 접지될 수 있다.
상기 제2코일부(620)는, 제2가스공급튜브(430)의 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있다.
상기 제2코일부(620)는, 가스분사부(200) 상부면을 기준으로 미리 설정된 높이 D에 미리 설정된 길이 L 만큼 제2가스공급튜브(430)의 외주면에 권선될 수 있다.
상기 제2코일부(620)에 제2RF전원(530)에 의해 RF전력이 인가됨에 따라 제2가스공급튜브(430) 내측을 따라 흐르는 가스가 1차 해리되어 플라즈마가 형성될 수 있다.
상기 제2코일부(620)는 제2가스공급튜브(430)를 따라 흐르는 가스의 해리율에 따라 조정(변동)된 주파수의 RF전원이 인가될 수 있다.
예로서, 상기 제2코일부(620)에는 2Mhz의 상대적으로 Low frequency RF전원이 인가될 수 있다.
상기 제2코일부(620)의 끝단에 연결되는 가변커패시터(VVC)는 제2코일부(620)에 직렬, 병렬, 또는 직병렬 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2코일부(620)에 인가되는 RF전원의 파워 또한 제2가스공급튜브(430)를 따라 흐르는 가스, 또는 제2가스공급튜브(430)의 평면 상 위치에 따라 가변(조정)될 수 있다.
이때, 상기 제1코일부(610)에 인가되는 RF전력의 주파수와 상기 제2코일부(620)에 인가되는 RF전력의 주파수는 서로 상이하게 구현될 수 있다.
더 나아가, 상기 제1코일부(610)가 복수로 구비되는 경우, 각 제1코일부(610)에 인가되는 RF전력의 주파수 또한 서로 상이하게 조정될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2코일부(620)가 복수로 구비되는 경우, 각 제2코일부(620)에 인가되는 RF전력의 주파수 또한 서로 상이하게 조정될 수 있다.
또한, 상기 제1코일부(610) 및 상기 제2코일부(620)는, 각각 가스분사부(200) 상측 평면 상 위치에 따라 인가되는 RF전력의 주파수가 상이하게 조정될 수 있다.
예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 제2코일부(620) 들 중 일부는 공정챔버(100)의 게이트(미도시) 측에 위치된 제2코일부(620a, 620b)이고, 일부는 공정챔버(100)의 게이트 반대측에 위치된 제2코일부(620c, 620d)라 할 때 게이트 측에 위치된 제2코일부(620a, 620b)는 게이트 반대 측에 위치된 제2코일부(620c, 620d) 보다 큰 주파수 또는 큰 파워의 RF전력이 인가될 수 있다. 반대로 게이트 측에 위치된 제2코일부(620a, 620b)는 게이트 반대 측에 위치된 제2코일부(620c, 620d) 보다 작은 주파수 또는 작은 파워의 RF전력이 인가되는 경우도 가능함은 물론이다.
도 4는 하나의 예시일 뿐, 제1코일부(610)들 및 제2코일부(620)들은, 각각 인가되는 주파수 및 파워가 서로 상이하게 조정될 수 있다.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 제1코일부(610) 또는 제2코일부(620)의 ICP Power(W)가 증가함에 따라 처리공간(S) 내의 이온플럭스 및 라디칼이 증가함을 확인할 수 있고, 결과적으로 제1코일부(610) 및 제2코일부(620)에 인가되는 RF전력의 주파수 및 파워조정을 통해 처리공간(S)의 플라즈마 밀도 및 균일도가 증가될 수 있음을 알 수 있다.
도 5a 내지 도 5b의 각 그래프는 제1코일부(610) 또는 제2코일부(620)와 가스분사부(200) 상면 사이의 거리(D)를 가변시키며 획득된 데이터를 의미한다.
다른 일 실시예에서, 상기 가스해리부(410)는, 외부의 가스공급원과 제1가스공급튜브(420) 및 제2가스공급튜브(430) 사이에 설치되는 원격플라즈마소스일 수 있다.
구체적으로, 상기 가스해리부(410)는, 상기 제1가스공급튜브(420)의 일단에 결합되는 제1원격플라즈마소스(710)와, 상기 제2가스공급튜브(430)의 일단에 결합되는 제2원격플라즈마소스(720)를 포함할 수 있다.
상기 제1원격플라즈마소스(710)는, 상기 제1가스공급튜브(420)의 일단에 결합되는 RPG모듈(remote plasma module, RPG1)로서, 제1가스공급튜브(420)로 공급되는 가스를 1차 해리시키기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 제1원격플라즈마소스(710)를 통해 1차 해리된 가스는 제1가스공급튜브(420)를 통해 처리공간(S)으로 분사될 수 있다.
유사하게, 상기 제2원격플라즈마소스(720)는, 상기 제2가스공급튜브(430)의 일단에 결합되는 RPG모듈(remote plasma module, RPG2)로서, 제2가스공급튜브(430)로 공급되는 가스를 1차 해리시키기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 제2원격플라즈마소스(720)를 통해 1차 해리된 가스는 제2가스공급튜브(430)를 통해 처리공간(S)으로 분사될 수 있다.
이때, 상기 제1원격플라즈마소스(710)의 RF주파수와 상기 제2원격플라즈마소스(720)의 RF주파수는 서로 상이하게 구현될 수 있다.
예로서, 상기 제1원격플라즈마소스(710)는, 상대적으로 고주파인 13.56Hhz의 주파수로 원격플라즈마를 형성하고, 제2원격플라즈마소스(720)는 이와 다른 상대적으로 저주파인 2Mhz의 주파수로 원격플라즈마를 형성할 수 있다.
상기 가스해리부(410)가 원격플라즈마소스로 구성됨에 따라, 가스해리부(410)를 통한 공정챔버(100) in-situ 클리닝이 가능할 수 있다.
한편, 상기 가스해리부(410)가 제1코일부(610) 및 제2코일부(620)로 구성되는 경우, F계열 클리닝가스를 제1가스공급튜브(420) 또는 제2가스공급튜브(430)로 공급하고 제1코일부(610) 및 제2코일부(620)를 이용해 클리닝 가스를 해리시킴으로서 별도의 RPG모듈 없이도 in-situ 클리닝이 가능할 수 있다.
이를 위해, 상기 제1가스공급튜브(420) 및 상기 제2가스공급튜브(430) 중 적어도 하나는, 상기 공정챔버(100) 클리닝을 위한 클리닝가스를 공급하는 클리닝가스공급부와 연결될 수 있다.
이때, 상기 클리닝가스는, 상기 가스해리부(410)에 의해 활성화된 상태로 상기 공정챔버(100) 내로 분사됨으로써, 공정챔버(100)에 대한 in-situ 클리닝이 가능해질 수 있다.
상기 제1가스공급튜브(420) 및 제2가스공급튜브(430)를 통해 1차 해리된 상태로 처리공간(S)으로 분사된 제1가스 및 제2가스는 처리공간(S) 내에서 가스분사부(200)에 인가된 RF전력에 의해 2차 분해 및 반응을 통해 보다 고밀도의 라디칼 및 이온 플럭스가 형성될 수 있고, 고밀도 플라즈마로 빠른 증착속도로 기판(10) 상에 치밀도 높은 박막이 형성될 수 있다.
한편, 상기 기판처리장치는, 처리공간(S) 내에 보다 고밀도의 플라즈마를 형성하기 위하여, 상기 제1플레이트(210) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)에 유도전계를 형성하는 안테나부(800)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 안테나부(800)의 일단은 제3RF전원(540)이 연결되며 타단은 가변커패시터(VVC)를 통해 접지될 수 있다.
상기 제3RF전원(540)에 의해 RF전력이 인가되면 상기 안테나부(800)에 의해 처리공간(S) 내에 유도전계가 형성될 수 있고, 이를 통해 처리공간(S) 내에 보다 고밀도의 플라즈마가 형성될 수 있다.
상기 제3RF전원(540)은, 예로서, 13.56Mhz의 주파수의 RF전력을 상기 안테나부(800)에 인가할 수 있다.
상기 안테나부(800)는, 상술한 제1가스공급튜브(420) 및 제2가스공급튜브(430)와 간섭되지 않으며 처리공간(S) 내에 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다면 다양한 형상 및 배치로 설치될 수 있다.
예로서, 상기 안테나부(800)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 다수의 영역으로 분할된 루프형 수평타입 안테나로 구성되거나, 또는 도 3b에 도시된 바와 같이, 다수의 영역으로 분할된 스파이럴 타입 안테나로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 안테나부(800)는, 일단이 제3RF전원(540)에 연결되고 타단이 접지되며, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들과 간섭되지 않는 위치에 설치되는 하나 이상의 스파이럴 타입 안테나일 수 있다.
상기 스파이럴 타입 안테나는, 복수로 구비되어 상기 가스분사부(200) 상측 복수의 영역들 마다 대응되어 설치될 수 있다.
상기 가스분사부(200) 상측 영역은, 도 3b에 도시된 바와 같이, NＸM 매트릭스 형태(N, M은 자연수)의 격자구조로 구획될 수 있고, 각 영역마다 스파이럴 타입 안테나가 대응되어 설치될 수 있다.
상기 스파이럴 타입 안테나는, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들 중 하나를 중심으로 나선형으로 권선될 수 있다.
또는, 상기 안테나부(800)는, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들과 간섭되지 않는 위치에 설치되는 하나 이상의 루프형 안테나일 수 있다.
상기 루프형 안테나는, 수평방향으로 납작한 평판형 안테나일 수 있다.
상기 루프형 안테나는, 제3RF전원(540)에 연결된 일단이 2분기되어 연장 형성된 후 타단에서 병합된 후 접지되어 폐곡선을 형성할 수 있다.
또한, 상기 루프형 안테나는, 복수로 구비되어 상기 가스분사부(200) 상측 복수의 영역들 마다 대응되어 설치될 수 있다.
이때, 복수의 루프형 안테나는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상하 2층 이상의 레이어 구조로 적층될 수 있다.
상하 2층 레이어 구조로 적층된 루프형 안테나들은, 평면 상 서로 교차되거나 어긋나게 배치될 수 있고, RF인가 방향(제3RF전원(540)에서 접지를 향하는 방향) 또한 서로 반대방향으로 향하도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들은, 상기 루프형 안테나의 내측에 위치될 수 있다.
상기 안테나부(800)를 이용해 영역별 플라즈마 밀도를 제어함으로써 플라즈마 밀도 균일성 및 제어성이 크게 향상될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는, 가능한 안테나부(800) 형상에 대한 예시일 뿐, 본 발명의 안테나부(800) 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 안테나부(800)는, 일단에 연결된 가변커패시터(VVC)를 통해 영역별 균일도가 제어될 수 있다.
상기 안테나부(800)에 의해 형성되는 자기장이 가스분사부(200)를 통과하여 처리공간(S)에 유도전계를 형성해야 하므로, 이때, 상기 가스분사부(200)는 비자성체의 도전성 금속, 예로서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금재질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 가스분사부(200)에 RF전력을 인가하는 제1RF전원(510)과, 가스해리부(410)에 RF전력을 인가하는 제2RF전원(530)과, 안테나부(800)에 RF전력을 인가하는 제3RF전원(540)을 포함할 수 있다.
상기 제1RF전원(510), 제2RF전원(530), 및 제3RF전원(540) 중 적어도 일부가 동일한 주파수영역으로 중첩되는 경우, 하울링 현상이 발생될 수 있는 바, 상호 주파수가 중첩되지 않도록 하거나 또는 하울링을 제거하기 위한 RF필터가 추가로 구비될 수 있다.
상기 RF필터는, 상기 가스분사부(200), 상기 가스해리부(410), 및 상기 안테나부(800)에 인가되는 RF전력의 주파수 중 적어도 2개의 주파수가 서로 중첩되어 발생되는 하울링을 제거하기 위한 회로적 구성으로 다양한 구성이 가능하며, 다양한 위치에 설치될 수 있다.
상술한 구성을 포함하는 기판처리장치는, 가스분사부(200) 및 기판지지부(300)를 통한 용량결합 플라즈마(CCP)와 안테나부(800)를 통한 유도결합 플라즈마(ICP)와 가스해리부(410)를 통한 1차 해리된 가스를 조합하여, 보다 고밀도의 플라즈마를 기판(10) 표면에 대한 데미지 없이 형성할 수 있는 이점이 있다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 본 발명에 따른 기판처리장치에서 가스해리부(410)와 안테나부(800)를 부가함으로써 처리공간(S) 내 유도된 전기장의 세기(E-field)가 증대되고 균일도 또한 증가됨을 확인할 수 있다.
도 6a는, 가스분사부(200)에만 제1RF전원(510)을 인가하여 용량결합 플라즈마를 이용해 처리공간(S)에 형성된 E-field를 시뮬레이션 한 것으로 균일도 및 세기가 모두 저하된 상태를 보여준다.
도 6b는, 가스해리부(410)에 의해 가스를 1차 해리한 후 가스분사부(200)를 통해 처리공간(S)으로 분사한 후 용량결합 플라즈마를 이용해 처리공간(S)에 형성된 E-field를 시뮬레이션 한 것으로, 도 6a 대비 처리공간(S) 내 E-field의 세기가 개선된 것을 알 수 있다.
도 6c는, 가스해리부(410)에 의해 가스를 1차 해리한 후 가스분사부(200)를 통해 처리공간(S)으로 분사한 후 안테나부(800)에 의한 유도결합 플라즈마를 이용해 처리공간(S)에 형성된 E-field를 시뮬레이션 한 것으로 도 6b 대비 처리공간(S) 내 E-field의 세기 및 균일도가 개선된 것을 확인할 수 있다.
가스해리부(410)와 안테나부(800)를 조합한 기판처리 시에는, 가스분사부(200)에는 RF전력이 인가되지 않을 수 있으며, 가스분사부(200) 또한 세라믹 재질로 구현될 수 있다.
마지막으로, 도 6d는 도 6c에 더하여 기판지지부(300)에 RF바이어스를 인가한 것으로 가장 큰 세기의 E-field 및 균일도가 확보됨을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다.
더 나아가, 가스분사부(200)를 통한 용량결함 플라즈마와 안테나부(800)를 통한 유도결합 플라즈마를 조합하여 기판처리를 수행하는 것도 가능함은 물론이다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 가스해리부(410)에 안테나부(800)를 이용한 유도결합 플라즈마 및 가스분사부(200)를 이용한 용량결합 플라즈마를 조합함으로써, 보다 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있으며 라디칼 효율 및 반응성을 향상시킬 수 있고, 그에 따른 증착속도, 박막품질, 박막균일도가 개선될 수 있는 이점이 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 챔버본체 200 : 가스분사부
300 : 기판지지부 400 : 가스공급부

Claims (20)

  1. 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 공정챔버(100)와; 상기 공정챔버(100) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)으로 가스를 분사하며 가스분사부(200)와; 상기 공정챔버(100) 하측에 설치되어 기판(10)을 지지하며 접지되거나 RF바이어스가 인가되는 기판지지부(300)와; 상기 가스분사부(200)와 연통되어 상기 가스분사부(200)로 가스를 공급하기 위한 가스공급부(400)를 포함하는 기판처리장치로서,
    상기 가스공급부(400)는, 기판처리를 위한 가스를 RF전력을 인가해 해리시키는 가스해리부(410)와, 상기 가스분사부(200)에 연통되며 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 가스가 흐르는 유로를 형성하는 복수의 가스공급튜브(420, 430)들을 포함하며,
    상기 가스분사부(200) 상측에 설치되어 상기 처리공간(S)에 유도전계를 형성하는 안테나부(800)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 청구항 1에서,
    상기 가스분사부(200)는, RF전력이 인가되고
    상기 기판지지부(300)는, 접지되거나 또는 RF바이어스가 인가되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스분사부(200)는, 제1플레이트(210)와, 상기 제1플레이트(210)의 하측에 제1확산공간(F1)이 형성되도록 상기 제1플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제1개방홀(222)들이 관통형성되는 제2플레이트(220)와, 상기 제2플레이트(220)의 하측에 제2확산공간(F2)이 형성되도록 상기 제2플레이트(210)의 하측에 간격을 두고 설치되며 가스분사를 위한 다수의 제2개방홀(232)들이 관통형성되는 제3플레이트(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가스해리부(410)는, 상기 제1확산공간(F1)으로 공급되는 제1가스 및 상기 제2확산공간(F2)으로 공급되는 제2가스를 서로 다른 주파수의 RF전력을 인가해 해리시키는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들은, 상기 가스분사부(200)에 연통되며 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제1가스가 상기 제1확산공간(F1)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)에 결합되는 제1가스공급튜브(420)와, 상기 가스해리부(410)에 의해 해리된 상기 제2가스가 상기 제2확산공간(F2)에 공급되도록 상기 제1플레이트(210)를 관통하여 상기 제2플레이트(220)에 결합되는 제2가스공급튜브(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스분사부(200)는, 상기 제1확산공간(F1)으로 공급된 상기 제1가스가 상기 제2확산공간(F2)에 유입되지 않도록, 상기 제1개방홀(222)과 상기 제2개방홀(232) 사이에 설치되는 다수의 연결유로(240)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2개방홀(232)은, 상기 제1가스가 분사되기 위해 상기 연결유로(240)와 연통되는 제1가스분사홀(232a)과, 상기 제2확산공간(F2)으로 공급된 상기 제2가스가 분사되기 위한 제2가스분사홀(232b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 가스해리부(410)는, 상기 제1가스공급튜브(420) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제1가스공급튜브(420) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 제1코일부(610)와, 상기 제2가스공급튜브(430) 각각의 외주면을 나산형으로 둘러싸며 상기 제2가스공급튜브(430) 내에 플라즈마가 형성되도록 RF전력이 인가되는 제2코일부(620)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1코일부(610)에 인가되는 RF전력의 주파수와 상기 제2코일부(620)에 인가되는 RF전력의 주파수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1코일부(610) 및 상기 제2코일부(620)는, 평면 상 위치에 따라 인가되는 RF전력의 주파수가 상이한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1가스 및 상기 제2가스 중 적어도 하나는, 두 종류 이상의 가스가 혼합된 혼합가스인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 가스해리부(410)는, 상기 제1가스공급튜브(420)의 일단에 결합되는 제1원격플라즈마소스(710)와, 상기 제2가스공급튜브(430)의 일단에 결합되는 제2원격플라즈마소스(720)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1원격플라즈마소스(710)의 RF주파수와 상기 제2원격플라즈마소스(720)의 RF주파수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나부(800)는, 일단이 제3RF전원(540)에 연결되고 타단이 접지되며, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들과 간섭되지 않는 위치에 나선형으로 권선되어 설치되는 하나 이상의 스파이럴 타입 안테나인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 스파이럴 타입 안테나는, 복수로 구비되어 상기 가스분사부(200) 상측 복수의 영역들 마다 대응되어 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 스파이럴 타입 안테나는, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들 중 하나를 중심으로 나선형으로 권선되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나부(800)는, 상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들과 간섭되지 않는 위치에 설치되며, 제3RF전원(540)에 연결된 일단이 2분기되어 연장 형성된 후 타단에서 병합된 후 접지되어 폐곡선을 형성하는 하나 이상의 루프형 안테나인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 루프형 안테나는, 복수로 구비되어 상기 가스분사부(200) 상측 복수의 영역들 마다 대응되어 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 복수의 가스공급튜브(420, 430)들은, 상기 루프형 안테나의 내측에 위치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스분사부(200), 상기 가스해리부(410), 및 상기 안테나부(800)에 인가되는 RF전력의 주파수 중 적어도 2개의 주파수가 서로 중첩되어 발생되는 하울링을 제거하기 위한 RF필터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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