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KR101943073B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 장치 Download PDF

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KR101943073B1
KR101943073B1 KR1020120060767A KR20120060767A KR101943073B1 KR 101943073 B1 KR101943073 B1 KR 101943073B1 KR 1020120060767 A KR1020120060767 A KR 1020120060767A KR 20120060767 A KR20120060767 A KR 20120060767A KR 101943073 B1 KR101943073 B1 KR 101943073B1
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South Korea
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gas
gas injection
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injection space
intermediate layer
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KR1020120060767A
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서승훈
한정훈
이상돈
최규진
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 공정 챔버; 적어도 하나의 기판을 지지하도록 상기 공정 챔버 내에 설치되며, 소정 방향으로 회전하도록 구성된 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향하면서 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및 상기 챔버 리드에 연결되어 있고, 상기 기판 상에 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 모듈을 구비한 가스 분사부를 포함하여 이루어지고, 이때, 기판 지지부는 탄소계 물질로 구성된 베이스, 상기 베이스 상에 형성된 중간층, 및 상기 중간층 상에 형성되며 알루미늄 산화물을 포함하여 구성된 코팅층으로 이루어지고, 상기 중간층은 티타늄을 함유하는 산화물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus of processing substrate}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기판에 증착되는 박막의 증착 균일도를 증가시킬 수 있도록 한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지(Solar Cell), 반도체 소자, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 기판 표면에 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 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판 처리 장치의 내부에서 진행되며, 최근에는 플라즈마를 이용하여 증착 또는 식각 공정을 수행하는 기판 처리 장치가 많이 사용되고 있다.
플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에는 플라즈마를 이용하여 박막을 형성하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 박막을 식각하여 패터닝하는 플라즈마 식각장치 등이 있다.
도 1은 종래의 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 기판 처리 장치는 챔버(10), 전원 전극(20), 서셉터(30), 및 가스 분사 수단(40)을 구비한다.
챔버(10)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간을 제공한다. 이때, 챔버(10)의 일측 바닥면은 반응 공간을 배기시키기 위한 배기구(12)에 연통된다.
전원 전극(20)은 반응 공간을 밀폐하도록 챔버(10)의 상부에 설치된다.
전원 전극(20)의 일측은 정합 부재(22)를 통해 RF(Radio Frequency) 전원(24)에 전기적으로 접속된다. 이때, RF 전원(24)은 RF 전력을 생성하여 전원 전극(20)에 공급한다.
또한, 전원 전극(20)의 중앙 부분은 기판 처리 공정을 위한 소스 가스를 공급하는 가스 공급관(26)에 연통된다.
정합 부재(22)는 전원 전극(20)과 RF 전원(24) 간에 접속되어 RF 전원(24)으로부터 전원 전극(20)에 공급되는 RF 전력의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시킨다.
서셉터(30)는 챔버(10)의 내부에 설치되어 외부로부터 로딩되는 복수의 기판(W)을 지지한다. 이러한 서셉터(30)는 전원 전극(20)에 대향되는 대향 전극으로써, 서셉터(30)를 승강시키는 승강축(32)을 통해 전기적으로 접지된다.
승강축(32)은 승강 장치(미도시)에 의해 상하 방향으로 승강된다. 이때, 승강축(32)은 승강축(32)과 챔버(10)의 바닥면을 밀봉하는 벨로우즈(34)에 의해 감싸여진다.
가스 분사 수단(40)은 서셉터(30)에 대향되도록 전원 전극(20)의 하부에 설치된다. 이때, 가스 분사 수단(40)과 전원 전극(20) 사이에는 전원 전극(20)을 관통하는 가스 공급관(26)으로부터 공급되는 소스 가스가 확산되는 가스 확산 공간(42)이 형성된다. 이러한, 가스 분사 수단(40)은 가스 확산 공간(42)에 연통된 복수의 가스 분사구(44)를 통해 소스 가스를 반응 공간의 전 부분에 균일하게 분사한다.
그러나, 이와 같은 종래의 기판 처리 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 경우 상기 서셉터(30)의 재료로서 SiC가 표면에 코팅되어 있는 그라파이트(graphite)가 이용되었다. 그러나, 상기 SiC는 NF3 등의 불소계 가스에 노출될 경우 쉽게 부식되는 특성이 있다. 따라서, 종래의 경우에는, NF3 등의 불소계 가스를 이용하여 챔버 내 세정 공정을 용이하게 수행할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 NF3 등의 불소계 가스를 이용하여 챔버 내 세정 공정을 용이하게 수행할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위해서, 공정 챔버; 적어도 하나의 기판을 지지하도록 상기 공정 챔버 내에 설치되며, 소정 방향으로 회전하도록 구성된 기판 지지부; 상기 기판 지지부에 대향하면서 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및 상기 챔버 리드에 연결되어 있고, 상기 기판 상에 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 모듈을 구비한 가스 분사부를 포함하여 이루어지고, 이때, 기판 지지부는 탄소계 물질로 구성된 베이스, 상기 베이스 상에 형성된 중간층, 및 상기 중간층 상에 형성되며 알루미늄 산화물을 포함하여 구성된 코팅층으로 이루어지고, 상기 중간층은 티타늄을 함유하는 산화물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 코팅층은 알루미나를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 중간층은 티타늄 알루미늄 산화물을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 티타늄 알루미늄 산화물은 AlTiO3, AlTiO4, 또는 AlTiO5 를 포함할 수 있다.
상기 티타늄이 상기 코팅층 보다는 상기 베이스에 가까운 영역에 보다 많이 분포될 수 있다.
상기 티타늄이 상기 베이스에 가까운 영역으로 갈수록 점차 더 많이 분포될 수 있다.
상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 서로 공간적으로 분리되어 마련된 제 1 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 공간 및 제 2 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 공간을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 가스 분사 공간에는 서로 마주하는 전원 전극 및 접지 전극이 형성되어 있어서 상기 전원 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마 방전이 이루어질 수 있다. 상기 제 2 가스 분사 공간에는 상기 제 1 가스 분사 공간으로부터 분사되는 상기 제 1 가스가 상기 제 2 가스 분사 공간으로 흐르는 것을 방지하는 가스 홀 패턴 부재가 추가로 형성될 수 있다. 상기 제 2 가스 분사 공간에 서로 마주하는 별도의 전원 전극과 접지 전극이 추가로 형성될 수 있다. 상기 전원 전극 및 접지 전극은 상기 기판 면과 수직 방향으로 연장될 수 있다.
상기 구성에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 기판 지지부의 표면을 구성하는 코팅층으로서 알루미나와 같은 알루미늄 산화물을 이용함으로써 NF3 등의 불소계 가스를 이용한 챔버 내 세정 공정을 용이하게 수행할 수 있고, 또한, 베이스와 코팅층 사이에 티타늄(Ti)을 함유하고 있는 산화물을 포함하는 중간층을 형성함으로써 코팅층이 쉽게 벗겨지는 문제도 해결할 수 있다.
도 1은 종래의 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부 위에 배치된 복수의 가스 분사 모듈을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부 위에 배치된 복수의 가스 분사 모듈을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부의 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 챔버 리드(Chamber Lid; 115), 기판 지지부(120), 및 가스 분사부(130)를 포함하여 구성된다.
공정 챔버(110)는 기판 처리 공정(예를 들어, 박막 증착 공정)을 위한 반응 공간을 제공한다. 상기의 공정 챔버(110)의 바닥면 또는 측면은 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기관(미도시)에 연통될 수 있다.
챔버 리드(115)는 공정 챔버(110)의 상부를 덮도록 공정 챔버(110)의 상부에 설치되어 전기적으로 접지된다. 이러한 챔버 리드(115)는 가스 분사부(130)를 지지하는 것으로, 기판 지지부(120)의 상부를 복수의 공간으로 분할하도록 형성된 복수의 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)를 포함하여 이루어진다. 이때, 복수의 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)는 챔버 리드(115)의 중심점을 기준으로 90도 각도로 이격되면서 챔버 리드(115)에 방사 형태로 형성될 수 있다.
공정 챔버(110) 및 챔버 리드(115)는 도시된 것처럼 6각형과 같은 다각형 구조로 형성될 수도 있지만, 원형 또는 타원형 구조로 형성될 수도 있다.
도 2에서, 챔버 리드(115)는 4개의 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)를 구비하는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되지 않고, 챔버 리드(115)는 그 중심점을 기준으로 서로 대칭되는 2N(단, N은 자연수)개의 모듈 설치부를 구비할 수 있다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고 홀수 개의 모듈 설치부가 구비될 수도 있다. 이하, 챔버 리드(115)는 제 1 내지 제 4 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)를 구비하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
전술한 상기 챔버 리드(115)에 의해 밀폐되는 공정 챔버(110)의 반응 공간은 챔버 리드(115)에 설치된 펌핑 관(117)을 통해 외부의 펌핑 수단(미도시)에 연결될 수 있다.
상기 펌핑 관(117)은 챔버 리드(115)의 중심부에 형성된 핌핑 홀(115e)을 통해 공정 챔버(110)의 반응 공간에 연통된다. 이에 따라, 공정 챔버(110)의 내부는 펌핑 관(117)을 통한 펌핑 수단의 펌핑 동작에 따라 진공 상태 또는 대기압 상태가 된다. 이 경우, 반응 공간의 배기 공정은 상기 펌핑 관(117) 및 펌핑 홀(115e)을 이용한 상부 중앙 배기 방식을 이용하게 된다. 다만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 상기 펌핑 관(117) 및 펌핑 홀(115e)은 생략이 가능하다.
기판 지지부(120)는 공정 챔버(110) 내부에 회전 가능하게 설치되며, 전기적으로 플로팅(Floating)될 수도 있고 접지(groud)될 수도 있다. 이러한 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 회전축(125)에 의해 지지된다. 상기 회전축(125)은 축 구동 부재(미도시)의 구동에 따라 회전됨으로써 기판 지지부(120)를 소정 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전시킨다. 그리고, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 상기 회전축(125)은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐될 수 있다.
상기 기판 지지부(120)는 소정의 승강기구와 연결되어 승강할 수 있다.
상기 기판 지지부(120)는 외부의 기판 로딩 장치(미도시)로부터 로딩되는 적어도 하나의 기판(W)을 지지한다. 이때, 기판 지지부(120)는 원판 형태를 가지도록 형성되어, 복수의 기판(W), 예를 들어 반도체 기판 또는 웨이퍼를 지지한다. 이 경우, 생산성 향상을 위해 기판 지지부(120)에는 복수의 기판(W)이 일정한 간격을 가지면서 원 형태로 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 기판 지지부(120)는 수평하게 배치되어 그 표면에 기판(W)이 안착되는 평판(120a) 및 상기 평판(120a)의 끝단에서 절곡되어 연장된 측벽(120b)을 포함하여 이루어진다. 도시하지는 않았지만, 상기 평판(120a)에는 소정의 안착홈이 구비되어, 상기 안착홈 내에 기판이 안착될 수도 있다.
상기 기판 지지부(120)를 구성하는 평판(120a) 및 측벽(120b) 각각은 베이스(base)(121), 중간층(interlayer)(122), 및 코팅층(123)을 포함하여 이루어진다.
상기 베이스(121)는 상기 기판 지지부(120)의 골격을 이루는 것으로서, 탄소계 물질로 이루어진다. 보다 구체적으로 상기 베이스(121)는 그라파이트(graphite)를 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 코팅층(123)은 NF3 등의 불소계 가스에 대한 내성이 우수한 물질로 이루어지며, 이와 같은 내불화성 특성을 같은 물질로서 알루미나(Al2O3)와 같은 알루미늄 산화물을 이용할 수 있다.
상기 중간층(122)은 상기 베이스(121)와 상기 코팅층(123) 사이에 형성되어 있다. 이와 같은 중간층(122)은 상기 베이스(121)와 상기 코팅층(123) 사이의 결합력을 증진시킴으로써, 상기 코팅층(123)이 잘 벗겨지지 않도록 하는 기능을 한다.
상기 베이스(121)의 재료로서 사용되는 그라파이트는 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion: CTE)가 0.4 ~ 4.3 정도인데 반하여, 상기 코팅층(123)으로 사용되는 알루미나(Al2O3)는 열팽창계수가 8 정도이다. 이와 같이, 그라파이트에 비하여 알루미나의 열팽창계수가 크기 때문에, 상기 베이스(121) 상에 상기 코팅층(123)을 바로 형성하게 되면, 상기 코팅층(123)이 쉽게 벗겨지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 베이스(121)와 상기 코팅층(123) 사이에 상기 중간층(122)을 형성함으로써, 상기 코팅층(123)이 잘 벗겨지지 않도록 한 것이다. 이와 같은 기능을 하는 상기 중간층(122)의 재료로는 상기 베이스(121)의 재료로서 사용되는 탄소계 물질의 열팽창계수와 상기 코팅층(123)의 재료로서 사용되는 알루미늄 산화물의 열팽창계수 사이의 열팽창계수를 가지는 물질이 이용될 수 있다. 또한, 상기 중간층(122)의 재료로는 상기 베이스(121) 및 코팅층(123) 과의 접착력이 우수한 재료가 바람직하다.
이와 같은 중간층(122)의 재료로 이용가능한 물질로는 티타늄(Ti)을 함유하고 있는 산화물을 들 수 있다. 상기 티타늄(Ti)을 함유하고 있는 산화물로는 티타늄 알루미늄 산화물을 이용할 수 있다. 상기 티타늄 알루미늄 산화물로는 AlTiO3, AlTiO4, AlTiO5 등과 같은 AlTiOx를 들 수 있다.
상기 티타늄을 함유하고 있는 산화물을 상기 중간층(122)의 재료로 이용할 경우, 상기 티타늄은 상기 중간층(122) 전체에 균일하게 분포될 수도 있지만, 상기 티타늄이 상기 중간층(122)의 아래쪽, 즉, 상기 코팅층(123) 보다는 상기 베이스(121)에 가까운 영역에 보다 많이 분포되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 티타늄이 상기 베이스(121)에 가까운 영역으로 갈수록 점차 더 많이 분포되도록 형성할 수 있다. 이는, 고온에서 상기 코팅층(123)을 얇게 형성할 경우, 상기 티타늄이 상기 코팅층(123) 표면까지 이동하여 기판 지지부(120)의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위함이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 지지부(120)의 표면을 구성하는 코팅층(123)으로서 알루미나와 같은 알루미늄 산화물을 이용함으로써 NF3 등의 불소계 가스를 이용한 챔버 내 세정 공정을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스(121)와 상기 코팅층(123) 사이에 티타늄(Ti)을 함유하고 있는 산화물을 포함하는 중간층(122)을 형성함으로써, 상기 코팅층(123)이 쉽게 벗겨지는 문제도 해결할 수 있다.
가스 분사부(130)는 챔버 리드(115)의 제 1 내지 제 4 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d) 각각에 삽입 설치되어 기판 지지부(120)의 중심점을 기준으로 이격 배치된 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)을 포함하여 구성된다. 이러한, 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 기판 지지부(120) 위의 가스 분사 영역에 제 1 가스 및 제 2 가스(G1, G2)를 분사한다. 이에 따라, 기판(W) 상에 박막층이 형성된다.
상기 제 1 가스(G1)는 플라즈마 방전에 의해 활성화되어 기판(W) 위로 분사될 수 있으며, 이와 같은 제 1 가스(G1)는 후술하는 소스 가스(SG)와 반응하여 박막층을 형성하는 반응 가스(Reactant Gas)(RG)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 가스(RG)는 질소(N2), 산소(O2), 이산화질소(N2O), 및 오존(O3) 중 적어도 어느 한 종류의 가스로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 가스(G2)는 기판(W) 상에 증착될 박막 물질을 포함하는 소스 가스(Source Gas)(SG)로 이루어질 수 있다. 상기 소스 가스는 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 등과 같은 박막 물질을 함유하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si)의 박막 물질을 함유하여 이루어진 소스 가스는 TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane), TSA(Trisilylamine), SiH2Cl2, SiH4, Si2H6, Si3H8, Si4H10, 및 Si5H12 중에서 선택된 가스일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도로서, 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사 모듈에 대해서 설명하기로 한다.
제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은, 도 5에서 알 수 있듯이, 접지 전극 프레임(210), 가스 홀 패턴 부재(230), 절연 부재(240), 및 전원 전극(250)을 포함하여 구성된다.
접지 전극 프레임(210)은 제 1 가스(G1)를 분사하는 제 1 가스 분사 공간(S1)과 제 2 가스(G2)를 분사하는 제 2 가스 분사 공간(S2)을 가지도록 형성된다. 이러한 접지 전극 프레임(210)은 챔버 리드(115)의 각 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)에 삽입 설치되어 챔버 리드(115)를 통해 전기적으로 접지된다. 이를 위해, 접지 전극 프레임(210)은 상면 플레이트(210a), 접지 측벽(210b), 및 접지 격벽 부재(210c)로 이루어진다.
상면 플레이트(210a)는 직사각 형태로 형성되어 챔버 리드(115)의 해당 모듈 설치부(115a, 115b, 115c, 115d)에 결합된다. 이러한 상면 플레이트(210a)에는 절연 부재 지지 홀(212), 제 1 가스 공급 홀(214), 및 제 2 가스 공급 홀(216)이 형성된다.
절연 부재 지지 홀(212)은 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되도록 상면 플레이트(210a)를 관통하여 형성된다. 이러한 절연 부재 지지 홀(212)은 직사각 형태의 평면을 가지도록 형성될 수 있다.
제 1 가스 공급 홀(214)은 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되도록 상면 플레이트(210a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 1 가스 공급 홀(214)은 가스 공급 관(미도시)을 통해 외부의 제 1 가스 공급 수단(미도시)에 연결됨으로써 제 1 가스 공급 수단(미도시)으로부터 가스 공급 관을 통해 제 1 가스(G1), 즉 상기 반응 가스를 공급받는다. 상기 제 1 가스 공급 홀(214)은 상기 절연 부재 지지 홀(212)의 양측에 일정한 간격을 가지도록 복수로 형성되어 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통될 수 있다. 상기 제 1 가스 공급 홀(214)에 공급되는 제 1 가스(G1)는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 공급되어 제 1 가스 분사 공간(S1) 내에서 플라즈마 방전에 의해 활성화되고, 제 1 압력으로 기판 쪽으로 하향 분사된다. 이를 위해, 제 1 가스 분사 공간(S1)의 하면은 상기 제 1 가스(G1)가 기판 쪽으로 하향 분사되도록 별도의 가스 분사 홀 패턴 없이 전체적으로 개구된 형태를 갖는 제 1 가스 분사구(231)의 역할을 한다.
제 2 가스 공급 홀(216)은 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되도록 상면 플레이트(210a)를 관통하여 형성된다. 이러한 제 2 가스 공급 홀(216)은 가스 공급 관(미도시)을 통해 외부의 제 2 가스 공급 수단(미도시)에 연결됨으로써 제 2 가스 공급 수단(미도시)으로부터 가스 공급 관을 통해 제 2 가스(G2), 즉 상기 소스 가스를 공급받는다. 상기 제 2 가스 공급 홀(216)은 상면 플레이트(210a)에 일정한 간격을 가지도록 복수로 형성되어 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통될 수 있다.
복수 개의 접지 측벽(210b) 각각은 상면 플레이트(210a)의 장변 및 단변 가장자리 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 수직하게 돌출되어 상면 플레이트(210a)의 하부에 사각 형태의 하면 개구부를 마련한다. 이러한 접지 측벽들(210b) 각각은 챔버 리드(115)를 통해 전기적으로 접지되어 접지 전극의 역할을 한다.
접지 격벽 부재(210c)는 상면 플레이트(210a)의 중앙 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 수직하게 돌출되어 접지 측벽들(210b)의 장변들과 나란하게 배치된다. 이러한 접지 격벽 부재(210c)에 의해서 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)이 서로 분리된다. 이와 같은, 상기 접지 격벽 부재(210c)는 접지 전극 프레임(210)에 일체화되거나 전기적으로 결합되어 접지 전극 프레임(210)을 통해 전기적으로 접지됨으로써 접지 전극의 역할을 한다.
전술한 접지 전극 프레임(210)의 설명에서는 접지 전극 프레임(210)이 상면 플레이트(210a)와 접지 측벽들(210b) 및 접지 격벽 부재(210c)로 구성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 접지 전극 프레임(210)은 상면 플레이트(210a)와 접지 측벽들(210b) 및 접지 격벽 부재(210c)가 서로 일체화된 하나의 몸체가 형성될 수 있다.
한편, 상기 접지 전극 프레임(210)의 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)의 위치는 변경이 가능하다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)의 위치는 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전하는 기판(W)이 제 2 가스(G2)에 먼저 노출된 후 제 1 가스(G1)에 노출되도록 설정될 수도 있고, 제1 가스(G1)에 먼저 노출된 후 제2 가스(G2)에 노출되도록 설정될 수도 있다.
가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 분사 공간(S2)에 설치되어 상기 접지 격벽 부재(210c)를 사이에 두고 인접한 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 분사되는 제 1 가스(G1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 확산, 역류, 및 침투하는 것을 방지한다. 즉, 상기 제 1 가스(G1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 확산, 역류, 및 침투할 경우, 제 2 가스 분사 공간(S2) 내에서 상기 제 1 가스(G1)와 상기 제 2 가스(G2)가 반응할 수 있고, 이로 인해 제 2 가스 분사 공간(S2)의 내벽에 이상 박막이 증착되거나 파우더 성분의 이상 박막이 형성되어 기판에 떨어지는 파티클이 생성될 수도 있다. 따라서, 상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 이와 같은 제 2 가스 분사 공간(S2)의 내벽에 이상 박막이 증착되거나 파우더 성분의 이상 박막이 형성되는 것을 방지하는 기능을 하는 것이다.
상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 분사 공간(S2)의 하면을 덮도록 제 2 가스 분사 공간(S2)을 마련하는 접지 측벽들(210b)과 접지 격벽 부재(210c) 각각의 하면에 일체화되거나, 극성을 가지지 않는 절연 재질의 절연판(또는 샤워 헤드) 형태로 형성되어 제 2 가스 분사 공간(S2)의 하면에 결합될 수 있다. 이에 따라, 접지 전극 프레임(210)의 상면 플레이트(210a)와 가스 홀 패턴 부재(230) 사이의 제 2 가스 분사 공간(S2)에는 소정의 가스 확산 공간 또는 가스 버퍼링 공간이 마련된다.
상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 공급 홀(216)을 통해 제 2 가스 분사 공간(S2)에 공급된 제 2 가스(G2)를 기판 쪽으로 하향 분사하는 복수의 제 2 가스 분사구(232)를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 제 2 가스 분사구(232)는 상기 제 2 가스(G2)가 확산되는 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되도록 홀 패턴 형태로 형성되어 상기 제 2 가스(G2)를 상기 제 1 가스(G1)의 분사 압력보다 높은 제 2 압력으로 기판 쪽으로 하향 분사한다. 이와 같이, 상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 기판 상에 분사되는 제 2 가스(G2)의 분사 압력을 높여줘 제 1 가스 분사 공간(S1)으로부터 분사되는 제 1 가스(G1)가 제 2 가스 분사 공간(S2)으로 확산, 역류, 및 침투하는 것을 방지한다.
또한, 상기 가스 홀 패턴 부재(230)는 제 2 가스 분사구(232)를 통해 상기 제 2 가스(G2)를 하향 분사하고, 홀이 형성된 판형상으로 인해 상기 제 2 가스(G2)를 지연시키거나 정체시켜 제 2 가스(G2)의 사용량을 감소시킬 수 있다. 게다가, 가스 분사구(232)의 홀 패턴 형상을 조절 함으로서 가스의 유량을 조절할 수 있어서 상기 제 제 2 가스(G2)의 사용 효율성을 증대시킨다.
절연 부재(240)는 절연 물질로 이루어져 접지 전극 프레임(210)에 형성된 절연 부재 지지 홀(212)에 삽입됨과 아울러 체결 부재(미도시)에 의해 접지 전극 프레임(210)의 상면에 결합된다. 이러한 절연 부재(240)는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 연통되는 전극 삽입 홀을 포함하여 구성된다.
전원 전극(250)은 도전성 재질로 이루어져 절연 부재(240)의 전극 삽입 홀에 관통 삽입되어 접지 전극 프레임(210)의 하면으로부터 소정 높이로 돌출됨으로써 제 1 가스 분사 공간(S1)에 배치된다. 이때, 전원 전극(250)은 접지 전극으로 기능하는 접지 격벽 부재(210c) 및 접지 전극 프레임(210)의 측벽(210b)과 동일한 높이로 돌출될 수 있다.
상기 전원 전극(250)은 급전 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(140)에 전기적으로 접속됨으로써 플라즈마 전원 공급부(140)로부터 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 1 가스 분사 공간(S1)에 플라즈마 방전을 일으킨다. 즉, 상기 플라즈마 방전은 접지 전극의 역할을 하는 접지 측벽(210b) 및 접지 격벽 부재(210c) 각각과 플라즈마 전원이 공급되는 전원 전극(250) 사이에 발생됨으로써 제 1 가스 분사 공간(S1)에 공급되는 제 1 가스(G1)를 활성화시킨다.
플라즈마 전원 공급부(140)는 소정의 주파수를 가지는 플라즈마 전원을 발생하고, 급전 케이블을 통해 플라즈마 전원을 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각에 공통적으로 공급하거나 개별적으로 공급한다. 이때, 플라즈마 전원은 고주파(예를 들어, HF(High Frequency) 전력 또는 VHF(Very High Frequency) 전력이 공급된다. 예를 들어, HF 전력은 3㎒ ~ 30㎒ 범위의 주파수를 가지며, VHF 전력은 30㎒ ~ 300㎒ 범위의 주파수를 가질 수 있다.
한편, 상기 급전 케이블에는 임피던스 매칭 회로(미도시)가 접속된다. 상기 임피던스 매칭 회로는 플라즈마 전원 공급부(140)로부터 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각에 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.
전술한 제 1 내지 제 4 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d) 각각은 전원 전극(250)에 공급되는 플라즈마 전원에 따라 제 1 가스 분사 공간(S1)에 플라즈마 방전을 발생시켜 제 1 가스 분사 공간(S1)의 제 1 가스(G1)를 활성화하여 하향 분사함과 동시에 가스 홀 패턴 부재(230)를 통해 제 2 가스 분사 공간(S2)의 제 2 가스(G2)를 소정의 압력으로 하향 분사한다.
이와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 이용한 기판 처리 방법은 다음과 같다.
공정 챔버(110) 내에 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)을 설치하고 기판 지지부(120) 상에 적어도 하나의 기판(W)을 안착시킨다.
그 후, 상기 기판 지지부(120)를 회전시키고, 플라즈마 방전을 일으키면서 복수 개의 가스 분사 모듈 중 적어도 하나의 가스 분사 모듈을 통해 제 1 가스(G1) 및 제 2 가스(G2)를 기판(W) 상으로 하향 분사하는 박막 형성 공정을 수행한다. 이에 따라, 기판(W) 상에 박막층이 형성된다.
이상과 같이, 본 발명은 반응 가스 및 소스 가스가 서로 공간적으로 분리되어 마련된 제 1 가스 분사 공간(S1) 및 제 2 가스 분사 공간(S2)에서 개별적으로 분사되므로 반응 가스 및 소스 가스에 대한 개별적인 제어가 가능하여, 적층되는 박막층의 막질 및 적층되는 박막층의 증착속도 등을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 방전 공간이, 종래와 같이 전원 전극과 기판 사이의 영역에 형성되는 것이 아니라, 서로 마주하는 전원 전극과 접지 전극 사이에서 형성되어 있어 플라즈마 방전에 의한 기판(W) 손상이 방지될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전원 전극(250)과 접지 전극이 기판(W) 면에 대해서 수직 방향으로 연장되어 있기 때문에, 플라즈마 방전에 의해서 생성되는 양이온 또는 전자가 기판(W) 면으로 이동하지 않고, 기판(W) 면에 평행한 방향인 전원 전극(250) 또는 접지 전극 방향으로 이동하고, 따라서 플라즈마 방전에 의한 기판(W) 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 종래에는 기판 상의 전영역에 소스 가스가 분사되므로 소스 가스의 사용 효율성이 저하되는 반면, 본 발명에 따르면 복수의 가스 분사 모듈(130a, 130b, 130c, 130d)을 사용함으로써 소스 가스의 사용 효율성이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도로서, 이는 도 5에 도시한 가스 분사 모듈의 제 2 가스 분사 공간(S2)에 전원 전극(250)을 추가로 형성한 것이다. 이하에서는, 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 2 가스 분사 공간(S2)에 전원 전극(250)이 추가로 형성된다. 이를 위해서, 제2 가스 분사 공간(S2)에 연통되면서 상면 플레이트(210a)를 관통하는 절연 부재 지지 홀(215)이 형성되고, 절연 부재(240)가 상기 절연 부재 지지 홀(215)에 삽입된다. 이때, 상기 절연 부재(240)는 제 2 가스 분사 공간(S2)에 연통되는 전극 삽입 홀을 포함하여 구성되어 있어, 전원 전극(450)이 전극 삽입 홀을 관통하여 돌출되어 있다.
이와 같이, 제 2 가스 분사 공간(S2)에 형성되는 전원 전극(250)의 구조는 제 1 가스 분사 공간(S1)에 형성되는 전원 전극(250)의 구조와 동일할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도로서, 이는 도 5에 도시한 가스 분사 모듈의 제 2 가스 분사 공간(S2)에서 가스 홀 패턴 부재(230)를 생략한 것이다. 즉, 가스 홀 패턴 부재(230)에 의해서 전술한 바와 같은 이점을 얻을 수 있지만, 가스 홀 패턴 부재(230)가 반드시 필요한 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 분사 모듈을 나타내는 단면도로서, 이는 도 6에 도시한 가스 분사 모듈의 제 2 가스 분사 공간(S2)에서 가스 홀 패턴 부재(230)를 생략한 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 공정 챔버 115: 챔버 리드
120: 기판 지지부 121: 베이스
122: 중간층 123: 코팅층
125: 회전축 130: 가스 분사부
130a: 제 1 가스 분사 모듈 130b: 제 2 가스 분사 모듈
130c: 제 3 가스 분사 모듈 130d: 제 4 가스 분사 모듈
140: 플라즈마 전원 공급부 210: 접지 전극 프레임
230: 가스 홀 패턴 부재 250: 전원 전극

Claims (11)

  1. 공정 챔버;
    적어도 하나의 기판을 지지하도록 상기 공정 챔버 내에 설치되며, 소정 방향으로 회전하도록 구성된 기판 지지부;
    상기 기판 지지부에 대향하면서 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 및
    상기 챔버 리드에 연결되어 있고, 상기 기판 상에 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 모듈을 구비한 가스 분사부를 포함하여 이루어지고,
    이때, 기판 지지부는 탄소계 물질로 구성된 베이스, 상기 베이스 상에 형성된 중간층, 및 상기 중간층 상에 형성되며 알루미늄 산화물을 포함하여 구성된 코팅층으로 이루어지고, 상기 중간층은 티타늄을 함유하는 산화물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 알루미나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 티타늄 알루미늄 산화물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 티타늄 알루미늄 산화물은 AlTiO3, AlTiO4, 또는 AlTiO5 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 티타늄이 상기 코팅층 보다는 상기 베이스에 가까운 영역에 보다 많이 분포된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 티타늄이 상기 베이스에 가까운 영역으로 갈수록 점차 더 많이 분포된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사 모듈 각각은 서로 공간적으로 분리되어 마련된 제 1 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 공간 및 제 2 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 공간을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 가스 분사 공간에는 서로 마주하는 전원 전극 및 접지 전극이 형성되어 있어서 상기 전원 전극과 접지 전극 사이에서 플라즈마 방전이 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제 2 가스 분사 공간에는 상기 제 1 가스 분사 공간으로부터 분사되는 상기 제 1 가스가 상기 제 2 가스 분사 공간으로 흐르는 것을 방지하는 가스 홀 패턴 부재가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제 2 가스 분사 공간에 서로 마주하는 별도의 전원 전극과 접지 전극이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 삭제
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