基板处理装置

技术领域

本发明涉及一种基板处理装置，更详细地说，涉及对于多个基板可执行沉积、蚀刻、热处理等的基板处理的基板处理装置。

背景技术

为了制造半导体器件，必须进行在诸如硅晶片的基板上沉积所需薄膜的工艺，此时在薄膜沉积工艺主要使用溅射法、化学气相沉积法(CVD)、原子层沉积法(ALD)等。

溅射法作为将在等离子体状态下生成的氩离子碰撞于目标表面，从目标的表面脱离的目标物质沉积于基板上形成薄膜的技术，具有可形成粘结性优秀的高纯度薄膜的优点，但是在形成具有高纵横比的精细图案上存在局限性。

化学气相沉积法是将各种气体注入于反应腔室，将通过热、光或者等离子体的高能量诱导的气体与反应气体发生化学反应，进而在基板上沉积薄膜的技术。

化学气相沉积法利用迅速发生的化学反应，因此存在非常难以控制热力学稳定性，并且降低薄膜的物理性、化学性及电气性特性的问题。

原子层沉积法作为交替供应作为反应气体的源气体与吹扫气体，以在基板上沉积原子层单位的薄膜的技术，为了克服台阶覆盖的局限性而利用表面反应，因此具有适合形成具有高纵横比的精细图案，并且薄膜的电气性及物理性特性优秀的优点。

作为执行原子层沉积法的装置如下：将基板逐个装载于腔室内进行工艺的单件式装置，及在腔室内装载多个基板来统一处理的批量式装置。

此时，通常批量式基板处理装置为，在反应管内部形成向外侧方向凸出的喷嘴的设置位置，在喷嘴设置位置设置多个气体喷嘴来喷射工艺气体，进而执行基板处理。

在该情况下，设置多个气体喷嘴的喷嘴设置位置形成死体积，残留各种工艺气体，尤其是源气体及反应气体，因此存在反应管内生成各种副产物成为颗粒生成因素的问题。

另外，存在如下的问题：因为在喷嘴设置位置的死体积残留各种工艺气体，导致喷射的工艺气体流量不足，根据向处理空间侧喷射的工艺气体的位置出现流量差异而无法顺利执行基板处理，并且降低均匀度。

发明内容

要解决的问题

本发明的目的在于，为了解决如上所述的问题，提供一种防止及最小化喷嘴附近的残留气体的基板处理装置。

解决问题的手段

本发明是为了达到如上所述的本发明的目的而提出的，本发明公开了一种基板处理装置，包括：反应管100，形成处理空间S1，所述处理空间S1容纳多个基板1并且执行基板处理；喷嘴设置部200，在所述反应管100侧面一部分向外侧方向凸出配置，以形成所述反应管100外面一部分；多个气体喷嘴300，以垂直方向沿着所述基板1周围配置在所述喷嘴设置部200，以向所述反应管100内喷射工艺气体；其中，所述喷嘴设置部200形成有多个插入部，所述多个插入与所述气体喷嘴300相对应，以分别插入设置所述气体喷嘴300。

所述插入部可以是多个插入槽210，所述插入槽210以与所述气体喷嘴300外面相对应的形状形成在所述处理空间S1侧内壁面，以插入设置所述气体喷嘴300。

所述插入部可以是贯通口220，所述贯通口220以垂直方向贯通形成以分别设置所述气体喷嘴300。

所述喷嘴设置部200可包括喷射口，所述喷射口形成为使所述处理空间S1与所述贯通口220连通。

所述喷射口可以是多个喷射孔290，所述喷射孔290形成在与形成在所述气体喷嘴300的气体喷射孔301相对应的位置。

所述喷射口可以是喷射狭缝280，所述喷射狭缝280形成在与气体喷射孔301相对应的位置，并且宽度小于所述气体喷嘴300的直径，所述气体喷射孔301以垂直方向在所述气体喷嘴300形成多个。

所述贯通口220可形成为与所述气体喷嘴300外面相对应的形状。

所述气体喷嘴300可间隔于相对应的各个所述插入部内壁面地插入设置。

所述喷嘴设置部200内面与所述反应管100内面可延伸形成相同曲率。

第一距离D1可与第二距离D2相同，所述第一距离D1为所述喷嘴设置部200内面与所述反应管100中心C之间的最短水平距离，所述第二距离D2为在所述反应管100内面中除了所述喷嘴设置部200以外的位置至所述中心C之间的最短水平距离。

所述喷嘴设置部200可包括：一对凸出面230，在所述反应管100侧面向外侧凸出配置；外面部240，形成在所述凸出面230之间。

所述喷嘴设置部200可包括设置部件270，所述设置部件270设置在由所述一对凸出面230与所述外面部240包围的区域，并且在所述处理空间S1侧内面形成多个所述插入部。

所述喷嘴设置部200外面形成所述一对凸出面230与所述外面部240，并且所述处理空间S1侧内面可与多个所述插入部形成一体。

所述外面部240与所述反应管100外面可形成相同的曲率。

所述反应管100可包括排气口120，所述排气口120形成在与所述喷嘴设置部200相向的位置。

对于在平面上连接所述排气口120的中心与所述喷嘴设置部200的中心的虚拟水平线线对称配置所述反应管(100)。

所述气体喷嘴300可使以垂直方向形成的多个气体喷射孔301相互平行地喷射所述工艺气体。

所述基板处理装置还可包括外管400，所述外管400容纳所述反应管100以在与内部所述反应管100之间形成排气空间S2。

所述外管400侧面、所述喷嘴设置部200内面及所述反应管100侧面可形成相同的曲率。

发明的效果

本发明的基板处理装置为，将气体喷嘴周边的死体积最小化，进而具有可防止及最小化气体喷嘴附近的气体残留的优点。

另外，本发明的基板处理装置为，将气体喷嘴周边的死体积最小化，进而具有对于位于气体喷嘴附件的残留气体顺利执行吹扫的优点。

另外，本发明的基板处理装置为，将反应管内残留气体最小化，进而具有可改善诸如基板处理均匀度及台阶覆盖的质量的优点。

附图说明

图1是示出本发明的基板处理装置的剖面图。

图2是示出图1的基板处理装置的立体图。

图3是示出图1的基板处理装置的剖面图。

图4是示出图1的基板处理装置中的喷嘴设置部的扩大剖面图。

图5是示出本发明的基板处理装置中的喷嘴设置部的另一实施例的扩大剖面图。

图6是示出图5的基板处理装置中的喷射孔的图。

图7是示出本发明的基板处理装置中的喷射狭缝的图。

图8是示出本发明的基板处理装置中的喷嘴设置部的另一实施例的扩大剖面图。

图9a至图9c作为示出图1的基板处理装置效果的曲线图，图9a是示出基板中与气体喷嘴部邻近位置的随着时间变化的残留气体浓度的曲线图，图9b是示出基板中邻近于排气口位置的随着时间变化的残留气体浓度的曲线图，图9c是示出排气管部中随着时间变化的残留气体浓度的曲线图。

(附图标记说明)

100：反应管200：喷嘴设置部

300：气体喷嘴

具体实施方式

如下，参照附图详细说明本发明的基板处理装置。

如图1及图2所示，本发明的基板处理装置包括：反应管100，形成处理空间S1，所述处理空间S1容纳多个基板1并执行基板处理；喷嘴设置部200，在所述反应管100侧面一部分向外侧方向凸出配置，以形成所述反应管100外面一部分；多个气体喷嘴300，以垂直方向沿着所述基板1周围配置在所述喷嘴设置部200，以向所述反应管100内喷射工艺气体。

另外，本发明的基板处理装置还可包括外管400，所述外管400容纳反应管100，在与内部所述反应管100之间形成排气空间S2。

另外，本发明的基板处理装置还可包括基板装载部10，所述基板装载部10容纳于所述处理空间S1，以层叠多个基板1并对于多个基板1执行基板处理。

另外，本发明的基板处理装置还可包括歧管30，所述歧管30结合于所述反应管100下侧，并具有喷射器，所述喷射器连接于后述的气体喷嘴300向气体喷嘴300供应工艺气体。

在此，作为处理对象的基板1可包括使用于半导体基板、LED、LCD等的显示装置的基板、太阳能电池基板、玻璃基板等，也可适用以往公开的任意一种的对象基板。

另外，基板处理是指沉积工艺，更加优选为，是指使用原子层沉积法的沉积工艺，但是不限于此，也可包括利用化学气相沉积法的沉积工艺、热处理工艺等。

另一方面，所述工艺气体作为为了在处理空间S1执行基板处理而供应及喷射的气体，可包括通过后述的多个气体喷嘴300分别喷射的吹扫气体、源气体及反应气体。

所述基板装载部10作为层叠多个基板1的结构，可具有各种结构。

例如，所述基板装载部10可包括：多个支撑架，以垂直方向配置；放置部，使多个基板1以层叠形态放置于支撑架。

另一方面，对于所述基板装载部10，只要是以往公开的批量式，即，使用于纵型基板处理装置的结构，任何结构都可适用。

所述歧管30结合配置在反应管100下侧，并且具有与配置在外部的工艺气体供应部50连接的喷射器，并且固定后述的气体喷嘴300与喷射器连接，进而可引导工艺气体供应于气体喷嘴300。

即，可配置多个所述歧管30，以供与多个气体喷嘴300相对应的喷射器贯通，并且气体喷嘴300的下端结合于各个喷射器，进而可使工艺气体供应于气体喷嘴300。

所述反应管100作为形成容纳多个基板1并执行基板处理的处理空间S1并且在侧壁一部分形成开放部101的结构，可具有各种结构。

例如，所述反应管100可包括：主体部110，在侧壁一侧形成开放部101；排气口120，形成在主体部110侧壁另一侧。

此时，所述反应管100可用石英材料制成，上端形成为拱形，或者作为另一示例可形成为平面。

所述排气口120作为对于处理空间S1进行排气的结构，可对于通过后述的气体喷嘴300供应的工艺气体及包含因此产生的各种副产物的排放气体可执行排气，此时的排气可指从处理空间S1向通过后述的外管400形成的排气空间S2进行排气。

即，所述排气口120可执行从处理空间S1向排气空间S2的排气。

另一方面，所述排气口120可形成在与主排气口411邻近的位置，是在反应管100侧面中的在平面上与主排气口411相对应的位置。

更具体地说，如图3所示，所述排气口120可形成在反应管100侧面中与后述的气体喷嘴300相向的位置及与主排气口411邻近的位置。

举一示例，所述排气口120在反应管100侧壁可形成为垂直方向的狭缝形状，更具体地说，可形成为具有垂直方向的长度，该长度与在反应管100侧壁中以垂直方向装载的基板1中的最高高度与最低高度相对应的高度的。

另一方面，通过排气口120向排气空间S2排放的工艺气体可通过后述的主排气口411向外部排放，此时主排气口411形成在外管400侧壁下侧，从而可形成通过排气口120排放的工艺气体的下降流动。

为了改善如上所述的下降气流，可引导反应管100上侧的每小时排气量大于下侧的每小时排气量。

为此，所述排气口120在反应管100侧壁形成为垂直方向的狭缝的情况下可形成为向上侧逐渐或者逐步扩大宽度。

另外，作为另一示例，所述排气口120可以是以垂直方向相互间隔地形成在反应管100侧壁的多个排气孔，此时排气孔的面积可以向上侧逐渐或者逐步增大。

另一方面，所述反应管100可包括开放部101，所述开放部101开放侧壁一部分用于配置后述的喷嘴设置部200，并且结合喷嘴设置部200，以使喷嘴设置部200覆盖开放部101，进而喷嘴设置部200可形成外面。

此时，所述开放部101可形成在与排气口120相向的位置，更具体地说，可对于在平面上连接排气口120中心与开放部101中心的虚拟水平线构成线对称地配置反应管100内部。

即，开放部101与排气口120可形成在彼此相向的位置，据此可对于连接喷嘴设置部200中心与开放部101中心的虚拟水平线构成线对称。

此时，线对称的对象除了喷嘴设置部200、开放部101及排气口120以外，还包括主体部110及设置的气体喷嘴300及插入部。

所述喷嘴设置部200作为向开放部101外侧方向凸出配置以形成反应管100外面一部分的结构，可具有各种结构。

尤其是，所述喷嘴设置部200形成与气体喷嘴300相对应的多个插入部，以分别插入设置气体喷嘴300。

即，所述喷嘴设置部200在配置成在反应管100侧面一部分向外侧方向凸出的状态下引导气体喷嘴300插入设置在插入部，进而可以是将为了设置气体喷嘴300而产生的死体积最小化的结构。

为此，所述喷嘴设置部200作为具有用于分别插入设置气体喷嘴300的插入部而占据体积的结构，可由内部除了后述的插入部以外没有空白空间的主体201构成。

此时，所述喷嘴设置部200可以是与反应管100形成一体的结构，作为另一示例，在开放部101两端可通过焊接等的结合设置所述喷嘴设置部200。

另一方面，所述喷嘴设置部200可用与上述的反应管100相同的材料制成，在内部形成插入部，并且向反应管100外部凸出配置，以确保气体喷嘴300设置空间。

此时，所述喷嘴设置部200内面与反应管100内面延伸可形成相同曲率。

即，所述喷嘴设置部200内面从开放部101与反应管100内面延伸可形成相同曲率，作为另一示例，与反应管100内面形成相同曲率，但不与反应管100内面延伸，可以不连续。

此时，所述喷嘴设置部200的除了形成插入部的位置以外的内面与反应管100中心C之间的最短水平距离，即第一距离D1，与从中心C至反应管100内面的最短水平距离，即第二距离D2可以相同。

在该情况下，所述第二距离D2可指反应管100内面中除了形成喷嘴设置部200的区域以外的位置至中心C之间的最短水平距离。

即，所述喷嘴设置部200内面与反应管100内面延伸，进而所述喷嘴设置部200与反应管100内面在平面上可形成为圆形。

另一方面，所述喷嘴设置部200可形成一对凸出面230，所述一对凸出面230是在开放部101两端向外侧方向凸出而成，在凸出面230之间形成外面部240可构成反应管100的外面一部分。

此时，一对凸出面230在反应管100的开放部101，即预先设定的位置可向外侧方向凸出形成，可通过焊接等与开放部101结合。

所述一对凸出面230可分别以反应管100的半径方向，即从中心C连接至圆周上的位置的方向凸出，作为另一示例，如图3所示，能够以与后述的气体喷嘴300的喷射方向平行的方向凸出。

另外，所述外面部240与反应管100外面形成相同曲率，更进一步，与后述的外管400形成相同的曲率，进而任意位置与外管400保持相同的水平距离。

在该情况下，举一示例，如图8所示，所述喷嘴设置部200可包括设置部件270，所述设置部件270设置在由一对凸出面230与外面部240包围的区域，并且在处理空间S1侧内面形成多个插入部。

即，所述喷嘴设置部200形成从反应管100延伸并且向外面侧凸出的一对凸出面230与在一对凸出面230之间构成外面的外面部240，进而可形成通过一对凸出面230与外面部240包围的空白空间。

所述设置部件270可以是设置成在通过一对凸出面230与外面部240包围的空白空间结合于一对凸出面230及外面部240，并且在处理空间S1侧形成多个插入部来消除死体积的结构。

另外，所述设置部件270通过比较简单的结合结构设置成容易变更为在改变气体喷嘴300的数量、尺寸及位置时形成相对应的插入部的结构，进而即使气体喷嘴300发生各种规格变化，也可将死体积最小化并消除。

另外，作为另一示例，如图4所示，所述喷嘴设置部200可以是外面形成一对凸出面230与外面部240，并且处理空间S1侧内面与多个插入部形成一体的结构。

举一示例，如图3及图4所示，所述插入部可以是多个插入槽210，在处理空间S1侧内壁面形成为与气体喷嘴300外面相对应的形状，以插入设置气体喷嘴300。

所述插入槽210在主体201处理空间S1侧内壁面分别与多个气体喷嘴300相对应形成，并且所述插入槽210能够以垂直方向相互间隔。

此时，所述插入槽210可形成为与气体喷嘴300外面相对应的形状，更具体地说，对应于以圆柱形状的垂直方向形成长度的气体喷嘴300，所述插入槽210可以是以垂直方向延伸且形成为圆形的凹槽形状。

另一方面，所述插入槽210可对应于气体喷嘴300的外面形成，在气体喷嘴300为有棱角的多边形形状的情况下，所述插入槽210可形成为与此相对应的凹槽形状。

另外，所述插入槽210可形成为与不使气体喷嘴300向外侧凸出的形状相对应的大小，并且可形成为大于气体喷嘴300直径，以在处理空间S1侧可插入气体喷嘴300。

更进一步，所述插入槽210接触于气体喷嘴300设置的情况下，因为具有垂直方向的长度并且只在下侧结合的气体喷嘴300特性，产生各种振动，碰撞于插入槽210可引起损坏，因此插入槽210与气体喷嘴300之间可间隔预定距离防止接触，插入槽210可具有与此相应大小。

另一方面，作为另一示例，如图5所示，所述插入部可以是以垂直方向贯通形成以分别设置气体喷嘴300的贯通口220。

即，所述插入部作为以垂直方向贯通主体201而成的贯通口220，可形成为使气体喷嘴300从上侧或者下侧以主体201垂直方向插入设置的贯通口220。

在该情况下，所述贯通口220可形成为与气体喷嘴300外面相对应的形状，通过直径小于气体喷嘴300的喷射口喷射工艺气体的同时可防止从处理空间S1渗透工艺气体，由此可将贯通口220内部产生的残留气体最小化。

此时，为了通过设置在所述贯通口220的气体喷嘴300可喷射工艺气体，喷嘴设置部200可包括使处理空间S1与贯通口220连通的喷射口。

例如，如图5及图6所示，所述喷射口可以是在与形成在气体喷嘴300的气体喷射孔301相对应的位置形成的孔形状的多个喷射孔290。

另外，作为另一示例，如图7所示，所述喷射口可以是喷射狭缝280，该喷射狭缝280在与在气体喷嘴300以垂直方向形成为多个的气体喷射孔301相对应的位置以垂直方向形成并且宽度小于气体喷嘴300的直径。

即，所述喷射口作为为使通过气体喷射孔301喷射的工艺气体向处理空间S1适当喷射而连通贯通口220与处理空间S1的结构，可形成喷射孔290与喷射狭缝280。

所述气体喷嘴300作为以垂直方向沿着所述基板1周围配置在喷嘴设置部200以向反应管100内喷射工艺气体的结构，可具有各种结构。

此时，所述气体喷嘴300插入设置在喷嘴设置部200的插入部，进而可与喷嘴设置部200内面相邻配置，由此从所述气体喷嘴300喷射的工艺气体朝向形成在相向位置的排气口120形成直线性气流的同时可进行喷射。

另一方面，可配置多个所述气体喷嘴300，以分别喷射作为上述的工艺气体的源气体、反应气体及惰性气体，多个气体喷嘴300分别可喷射预定的气体。

在该情况下，在所述气体喷嘴300中心侧配置喷射源气体及反应气体的气体喷嘴300，在该中心侧外廓配置喷射惰性气体的气体喷嘴300，进而通过惰性气体的引导作用可加强源气体及反应气体的直线性来进行喷射。

另外，如图3所示，多个气体喷嘴300以相同的方向喷射源气体、反应气体及吹扫气体的工艺气体，可引导形成相互平行的气流，据此可使处理空间S1内工艺气体能够以相同方向流动。

更具体地说，所述多个气体喷嘴300为，以垂直方向形成的多个气体喷射孔301对于各个气体喷嘴300以相同的方向形成，并且使气体喷射孔301相互平行地配置多个气体喷嘴300，进而可引导工艺气体在基板1上以相同的方向，即从喷嘴设置部200向排气口120侧相互平行流动。

另一方面，所述气体喷嘴300单纯具有垂直方向的长度并且在外周面形成多个气体喷射孔301的结构。

另外，作为另一示例，所述气体喷嘴300整体形成为倒“U”字形状，可包括：第一喷嘴，一端在反应管100下部与供应工艺气体的喷射器连接并且以垂直方向形成多个气体喷射孔301；第二喷嘴，与第一喷嘴平行配置，并且以垂直方向形成多个气体喷射孔301；连接部，连接第一喷嘴另一端与第二喷嘴。

此时，所述第二喷嘴可在与第一喷嘴相邻的位置与第一喷嘴平行配置，并且可形成与在基板装载部10装载基板1的装载范围相对应的高度。

另一方面，以垂直方向相互间隔地形成多个多个气体喷射孔301，多个气体喷射孔301可相互间隔预定间距配置或者对应于基板1的装载位置形成。

还包括外管400，所述外管400为容纳所述反应管100，并且在与内部所述反应管100之间形成排气空间S2。

所述外管400作为容纳反应管100并且在与内部反应管100之间形成排气空间S2，并且形成有将从处理空间S1通过排气口120传递的排放气体向外部排放的主排气口411的结构，可具有各种结构。

所述外管400可用石英材料制成，上端形成为拱形，或者作为另一示例可形成为平面，并且可以是在平面上形成为圆形的结构。

另一方面，所述外管400可以是为了适用双重管结构而导入的结构，以改善因为在下侧形成主排气口411而无法保持工艺气体的水平方向的气流，并且因为向形成有主排气口411的下侧形成气流而无法顺利执行基板处理的问题。

从而，所述外管400内部可容纳反应管100并且在与反应管100之间可形成排气空间S2。

此时，在所述外管主体410的下侧形成的主排气口411作为用于向外部排放通过排气口120向排气空间S2传递的排放气体的结构，可具有各种结构。

例如，所述主排气口411形成在外管主体410侧面下侧，可通过配置在外部的泵40执行排气。

此时，所述主排气口411可配置在外管主体410侧面中的适当位置，但是考虑在外管主体410外部配置的加热部20，所述主排气口411可形成在侧面中的下侧。

在该情况下，所述主排气口411可贯通外管400而成，并且对应于后述的排气管部420可形成为圆形。

所述外管400还可包括排气管部420，所述排气管部420设置在与主排气口411相对应的位置。

所述排气管部420可以是设置在外管400向外部排放通过主排气口411排气的排放气体的结构，为此可与配置在外部的泵40连接。

例如，所述排气管部420可包括：结合部421，包围外管400的下侧外周面；排气管422，在结合部421中形成在与主排气口411相对应的位置。

另一方面，在该情况下，所述外管400侧面、喷嘴设置部200内面及反应管100侧面在平面上互为圆形，可形成相同的曲率；作为另一示例，可形成为从任意位置的最短距离的水平距离可保持相同的形状。

以下，参照图9a至图9c，说明本发明的基板处理装置的效果。

本发明的基板处理装置在设置气体喷嘴300的位置将另外空间最小化，进而具有减少残留气体，可提高基板处理品质的优点。

尤其是，图9a、图9b及图9c分别是示出在基板1中最接近气体喷嘴300的位置、基板1中最接近排气口120的位置及排气口411中利用作为本发明的一实施例的利用ALD的基板处理过程中的源气体的残留气体浓度的曲线图。

在各个曲线图中，G1是示出以往基板处理装置的源气体的残留气体浓度的曲线图；G2是本发明的基板处理装置的源气体的残留气体浓度的曲线图。

此时，各个曲线图的X轴是指时间，Y轴是指残留的气体量，P1是指源气体注入时间，P2是指吹扫气体注入时间，P3是指反应气体注入时间，P4可指吹扫气体注入时间。

如各个附图所示，可确认到视为主要位置的各个位置的源气体的残留气体比以往的基板处理装置更加减少，据此具有明显降低残留气体量，防止残留气体起到各种副产物的作用而降低基板处理质量，并且确保喷射均匀度可引导均匀的基板处理的优点。

以上，仅是可由本发明实现的优选实施例的一部分的相关说明，众所周知，不得限于上述的实施例解释本发明的范围，以上说明的本发明的技术思想及其根本的技术思想全部包括在本发明的范围内。