KR20130089084A - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 반응 가스 제거 방법 - Google Patents
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Abstract
반응 가스 제거 방법이 개시된다. 반응 가스 제거 방법은 기판 처리 후 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 제거하는 방법으로, 배기 라인을 통해 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 외부로 배기하고, 가스 공급 라인을 통해 상기 공정 챔버 내부에 상기 반응 가스와 상이한 세정가스를 공급한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에는 다양한 공정 가스와 약액이 사용된다. 일 예로 증착 공정은 진공 상태에서 공정 챔버 내부에 증착 가스를 제공하여 기판 표면에 박막을 증착시키고, 에칭 공정은 진공 상태에서 공정 챔버 내부에 식각 가스를 공급하여 기판 표면의 박막 중 원하지 않는 영역을 선택적으로 제거한다.
공정이 반복될수록 공정 챔버 내부에는 반응 부산물이 누적된다. 누적된 반응 부산물은 기판을 오염시키는 오염원으로 제공되므로 공정 챔버 내부를 세정하는 세정 작업이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 효과적으로 제거할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반응 가스 제거 방법은 기판 처리 후 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 제거하는 방법으로, 배기 라인을 통해 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 외부로 배기하고, 가스 공급 라인을 통해 상기 공정 챔버 내부에 상기 반응 가스와 상이한 세정가스를 공급한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판 처리가 수행되는 공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판을 처리하는 공정 가스를 상기 공정 챔버 내부에 공급하는 공정 가스 공급부; 기판 처리가 진행되는 동안 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 유지시키는 진공압 인가부; 기판 처리 후 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 외부로 배기하는 반응 가스 배기부; 및 상기 반응 가스가 배기되는 동안, 상기 공정 챔버 내부에 상기 공정 가스와 상이한 세정 가스를 공급하는 세정 가스 공급부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 세정 가스의 공급으로 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스가 효과적으로 제거된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스가 제거된 후 공정 챔버가 개방되므로 유독가스로부터 작업자를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따는 공정 처리 과정을 나타내는 순서도이다.
도 3은 제1실험예에 따른 공정 챔버 내부의 반응 가스 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 제2실험예에 따른 공정 챔버 내부의 반응 가스의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따는 공정 처리 과정을 나타내는 순서도이다.
도 3은 제1실험예에 따른 공정 챔버 내부의 반응 가스 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 제2실험예에 따른 공정 챔버 내부의 반응 가스의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 반응 가스 제거 방법을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1000)는 반도체 소자를 제조하기 위해 사용되는 다양한 공정을 수행할 수 있다. 이하에서는 기판 처리 장치(1000)가 기판 (W) 표면에 박막을 증착시키는 증착 공정을 수행하는 것을 예를 들어 설명한다. 기판 처리 장치(1000)는 화학적 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 수행할 수 있다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 기판 처리 장치(1000)는 진공 상태에서 공정 가스를 사용하여 기판 처리를 수행하는 공정, 예컨대 확산 공정, 에칭 공정, 애싱 공정등에 사용될 수 있다.
기판 처리 장치(1000)는 공정 챔버(1100), 기판 지지부(1200), 공정가스 공급부(1300), 진공압 인가부(1400), 퍼지 가스 공급부(1500), 반응 가스 배기부(1600), 세정 가스 공급부(1700), 그리고 제어부(미도시)를 포함한다.
공정 챔버(1100)는 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 공정 챔버(1100)는 상부 챔버(1110)와 하부 챔버(1120)가 결합된 구조로 제공될 수 있다. 상부 챔버(1110)는 하면이 개방된 공간이 내부에 형성되고, 하부 챔버(1120)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 상부 챔버(1110)는 하부 챔버(1120)의 상단에 안착되며, 하부 챔버(1120)의 내부와 조합되어 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 형성한다. 상부 챔버(1110)는 하부 챔버(1120)로부터 개방가능하다. 기판 처리 장치(1000)에서 일정 시간 동안 공정 처리를 반복 수행하면, 공정 챔버(1100) 내부에는 반응 부산물이 누적된다. 작업자는 상부 챔버(1110)를 개방하여 반응 부산물을 제거하거나 공정 챔버(1100) 내부에 제공된 부품을 교체할 수 있으며, 또는 각종 장치들을 세정할 수 있다.
공정 챔버(1100)의 일 측벽에는 개구(미도시)가 형성된다. 개구는 기판(W)이 출입하는 통로를 제공한다. 개구는 공정 챔버(1100)의 외측벽에 설치된 셔터(미도시)에 의해 개폐된다. 셔터는 기판(W)이 출입하는 과정에서 개구를 개방한다. 그리고, 셔터는 공정 챔버(1100) 내부에서 기판(W) 처리가 수행되는 동안 개구를 닫아 공정 가스가 공정 챔버(1100) 외부로 누설되는 것을 방지한다.
기판 지지부(1200)는 공정 챔버(100) 내부에 위치한다. 기판 지지부(1200)는 기판(W)을 지지한다. 기판 지지부(1200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정하는 정전 척(electrostatic chuck)과 복수 개의 클램프들이 기구적으로 기판(W)을 고정하는 척(chuck) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 기판 지지부(1200)의 내부에는 히터(미도시)가 매설될 수 있다. 히터는 저항 발열체가 사용될 수 있다. 히터는 공정이 수행되는 동안 열을 발생시켜 기판(S)을 소정 온도로 가열 및 유지시킨다.
공정 가스 공급부(300)는 공정 챔버(1100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 공정 가스 공급부(1300)는 공정 가스 저장부(1310), 공정 가스 공급라인(1320), 그리고 배플(1330)을 포함한다.
공정 가스 저장부(1310)는 공정 가스를 저장한다. 공정 가스는 기판(W) 표면에 박막을 형성하는 다양한 가스를 포함한다. 공정 가스는 기판(W) 표면에 실리콘 막을 형성하거나, 금속 막을 형성할 수 있다.
공정 가스 공급라인(1320)은 공정 가스 저장부(1310)와 공정 챔버(1100)를 연결한다. 공정 가스 저장부(1310)에 저장된 공정 가스는 공정 가스 공급라인(1320)을 통해 공정 챔버(1100) 내부에 공급된다. 공정 가스 공급라인(1320)에는 밸브(1321)가 설치된다. 밸브(1321)는 공정 가스 공급 라인(1320)을 개폐한다.
분배 플레이트(1330)는 공정 챔버(1100) 내부에 위치한다. 분배 플레이트(1330)는 기판 지지부(1200)의 상부에 위치하며, 공정 챔버(1100)의 상부 벽에 고정 결합될 수 있다. 분배 플레이트(1330)는 기판(W)과 마주하는 저면이 기판(W)에 상응하거나 기판(W)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 분배 플레이트(1330)의 저면에는 확산홀(1331)들이 형성될 수 있다. 확산홀(1331)들은 분배 플레이트(1330)의 저면에 균일하게 형성된다. 공정 챔버(1100) 내부로 공급된 공정 가스는 확산홀(1331)들을 통해 확산되며, 기판(W)에 균일하게 공급된다.
진공압 인가부(1400)는 공정 챔버(1100) 내부에 진공압을 인가한다. 진공압 인가부(1400)는 진공압 인가 라인(1410), 진공 펌프(1420), 그리고 진공압 인가 밸브(1430)를 포함한다.
진공압 인가 라인(1410)은 공정 챔버(1100)의 하부벽과 연결된다. 진공압 인가 라인(1410)에는 진공 펌프(1420)가 설치된다. 진공압 인가 밸브(1430)는 진공압 인가 라인(1410)에 설치되며, 진공압 인가 라인(1410)을 개폐한다. 공정 챔버(1100) 내부에서 공정 처리가 수행되는 동안 진공압 인가 밸브(1430)가 개방(open)된다. 진공 펌프(1420)의 구동으로 공정 챔버(1100) 내부에는 진공압이 인가된다. 진공압은 공정 챔버(1100) 내부를 진공 상태로 감압한다. 공정 처리 과정에서 발생한 반응 부산물 및 반은 가스는 진공 인가 라인(1410)을 통해 공정 챔버(1100) 외부로 배출된다. 반응 가스란, 공정 가스가 기판(W)을 처리하는 과정에서 공정 챔버(1100) 내부에 머무르는 가스를 말한다. 공정 처리가 완료되면 진공압 인가 밸브(1430)는 진공압 인가 라인(1410)을 닫힘(close) 상태로 유지한다.
퍼지 가스 공급부(1500)는 공정 챔버(1100) 내부에 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스 공급부(1500)는 퍼지 가스 저장부(1510), 퍼지 가스 공급 라인(1520), 그리고 퍼지 가스 공급 밸브(1530)를 포함한다.
퍼지 가스 저장부(1510)는 퍼지 가스를 저장한다. 퍼지 가스는 불활성 가스를 포함한다. 퍼지 가스 공급 라인(1520)은 퍼지 가스 저장부(1510)와 공정 챔버(1100)를 연결한다. 퍼지 가스 공급 밸브(1530)는 퍼지 가스 공급 라인(1520)에 설치되며, 퍼지 가스 공급 라인(1520)을 개폐한다. 퍼지 가스는 기판(W)에 대한 공정 처리가 완료된 후, 공정 챔버(1100) 내부로 미량 공급된다. 퍼지 가스의 공급으로 공정 챔버(1100)의 내부 압력은 진공에서 대기압으로 승압된다.
반응 가스 배기부(1600)는 공정 챔버(1100) 내부에 머무르는 반응 가스를 외부로 배기한다. 반응 가스 배기부(1600)는 반응 가스 배기 라인(1610), 배기 펌프(1620), 그리고 배기 라인 개폐 밸브(1630)를 포함한다.
반응 가스 배기 라인(1610)은 공정 챔버(1100)와 연결된다. 반응 가스 배기 라인(1610)은 진공압 인가 라인(1410)에 비하여 상대적으로 작은 직경을 가질 수 있다. 반응 가스 배기 라인(1610) 상에는 배기 펌프(1620)가 설치된다. 공정 챔버(1100)와 배기 펌프(1620) 사이 구간에는 배기 라인 개폐 밸브(1630)가 설치된다. 배기 라인 개폐 밸브(1630)는 반응 가스 배기 라인(1610)을 개폐한다. 반응 가스 배기부(1600)는 기판(W) 처리 후 공정 챔버(1100)의 내부 압력이 대기압으로 유지된 상태에서 반응 가스를 공정 챔버(1100) 외부로 배기한다. 배기 라인 개폐 밸브(1630)의 개방과 배기 펌프(1620)의 구동으로, 공정 챔버(1100) 내부에 머무르는 반응 가스는 반응 가스 배기 라인(1610)을 통해 공정 챔버(1100) 외부로 배기된다.
세정 가스 공급부(1700)는 공정 챔버(1100) 내부에 세정 가스를 공급한다. 세정 가스는 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 공정 가스와 반응하며, 반응 가스 배기 라인(1610)을 통해 공정 챔버(100) 외부로 배기된다. 실시예에 의하며, 세정 가스 공급부(1700)는 제1세정 가스 공급부(1710), 제2세정 가스 공급부(1720)를 포함한다. 제1세정 가스 공급부(1710)는 제1세정 가스를 공정 챔버(1100) 내부에 공급한다. 제1세정 가스는 공기(Air)를 포함한다. 제1세정 가스 공급부(1710)는 제1세정 가스 공급 라인(1711)과 제1밸브(1713)를 포함한다. 제1세정 가스 공급 라인(1711)은 일단이 공정 챔버(1100)와 연결되고, 타단은 공정 챔버(1100) 외부에 위치한다. 제1세정 가스 공급 라인(1711)의 타단에는 유입구(1712)가 형성된다. 유입구(1712)는 공정 챔버(100)의 외부에서 노출되며 대기를 향해 형성된다. 제1밸브(1713)는 제1세정 가스 공급 라인(1711)에 설치되며, 제1세정 가스 공급 라인(1711)을 개폐한다.
제2세정 가스 공급부(1720)는 제2세정 가스를 공정 챔버(1100) 내부에 공급한다. 제2세정 가스 공급부(1720)는 제2세정 가스 저장부(1721), 제2세정 가스 공급 라인(1722), 그리고 제2밸브(1723)를 포함한다. 제2세정 가스 저장부(1721)는 제2세정 가스를 저장한다. 제2세정 가스는 제1세정 가스에 비해 수분 함량이 낮은 가스이다. 제2세정 가스는 불활성 가스를 포함한다. 제2세정 가스 공급 라인(1722)은 제2세정 가스 저장부(1721)와 제1세정 가스 공급 라인(1711)을 연결한다. 제2세정 가스 공급 라인(1722)은 제1밸브(1723)와 공정 챔버(1100) 사이 구간에서 제1세정 가스 공급 라인(1711)과 연결될 수 있다. 이와 달리, 제2세정 가스 공급 라인(1722)은 제2세정 가스 저장부(1721)와 공정 챔버(1100)를 연결할 수 있다. 제2세정 가스 공급 라인(1722)에는 제2밸브(1723)가 설치된다. 제2밸브(1723)는 제2세정 가스 공급 라인(1722)을 개폐한다.
제어부(미도시)는 가스 배기부(1600)와 세정 가스 공급부(1700)를 제어한다. 제어부는 기판 처리 후, 반응 가스가 공정 챔버(1100) 외부로 배기되고, 동시에 세정 가스가 공정 챔버(1100) 내부에 공급되도록 반응 가스 배기부(1600)와 세정 가스 공급부(1700)를 제어한다. 그리고 제어부는 제1 및 제2 세정 가스 공급부(1710, 1720)를 제어한다. 제어부는 공정 챔버(1100) 내부에 제1세정 가스가 1차 공급되고, 제2세정 가스가 2차 공급되도록 제1 및 제2 세정 가스 공급부(1710, 1720)를 제어한다. 제어부는 반응 가스의 배기로 공정 챔버(1100) 내부에 음압이 형성되면, 제1밸브(1713)를 개방한다. 공정 챔버(1100) 내부에 형성된 음압에 의하여, 대기 중에 머무르는 공기는 제1세정 가스 공급 라인(1710)을 통해 공정 챔버(1100) 내부로 유입된다. 제어부는 소정시간 동안 공기의 유입이 이루어지면 제1밸브(1713)를 닫고, 제2밸브(1723)를 개방한다. 제2밸브(1723)의 개방으로 불활성 가스가 공정 챔버(1100) 내부로 공급된다. 제어부는 공기와 불활성 가스가 교대로, 그리고 반복하여 공정 챔버(1100) 내부로 공급되도록 제1 및 제2밸브(1713, 1723)를 제어할 수 있다. 공기와 불활성 가스의 순차 공급은 복수 회 이루어질 수 있다.
이하, 상술한 기판 처리 장치(1000)를 이용하여 기판(W)을 처리하고, 기판(W) 처리 후 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 반응 가스를 제거하는 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따는 공정 처리 과정을 나타내는 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(W)은 개구를 통해 공정 챔버(1100) 내부로 이송되고, 기판 지지부(1200)에 놓인다. 진공압 인가 밸브(1430)가 개방되고 진공 펌프(1420)가 구동된다. 공정 챔버(1100) 내부는 진공 상태로 감압된다(S100). 공정 가스 공급부(1300)의 밸브(1321)가 개방되고, 공정 가스 공급 라인(1320)을 통해 공정 가스가 공정 챔버(1100) 내부로 공급된다(S110). 이때, 퍼지 가스 공급 밸브(1530), 배기 라인 개폐 밸브(1630), 제1밸브(1713), 그리고 제2밸브(1723)는 차단된다. 공정 가스는 기판(W)으로 공급되며, 기판(W)에 박막을 증착한다. 공정 가스 및 증착 과정에서 발생한 가스는 공정 챔버(1100) 내부에 반응 가스로 잔류한다. 공정 과정이 반복되면서 공정 챔버(1100) 내부에는 반응 부산물이 누적된다. 누적된 반응 부산물은 기판(W)을 오염시키는 오염원으로 제공되므로 공정 챔버(100) 내부 장치를 세정하는 세정 공정이 요구된다. 세정 공정은 공정 챔버(1100)를 개방하여 각 장치의 부품을 교체하거나 장치 표면을 세정한다. 공정 가스로 사용되는 가스, 예컨대 WF6(Tungsten Hexafluoride), NF3(Nitrogen trifluoride), HCL(hydrogen chloride)등은 인체에 유해한 독성 물질에 해당되므로, 공정 챔버(1100)를 개방하기 전 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 가스를 제거하는 과정이 요구된다. 이하, 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 반응 가스 제거 방법을 설명한다.
먼저, 진공압 인가 밸브(1430)를 닫아 공정 챔버(1100) 내부로 진공압의 인가를 차단한다. 그리고, 퍼지 가스 공급 밸브(1530)를 개방하여 공정 챔버(1100) 내부로 퍼지 가스를 미량 공급한다. 퍼지 가스의 공급으로 공정 챔버(1100) 내부 압력은 상승하여 대기압 상태로 유지된다(S120). 배기 라인 개폐 밸브(1630)가 개방되어 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 반응 가스가 외부로 배기된다(S130). 반응 가스의 배기로 공정 챔버(1100) 내부에는 음압이 형성된다. 이와 동시에 공정 챔버(1100) 내부로 세정 가스가 공급된다(S140). 제1밸브(713)가 개방되며, 공정 챔버(1100) 내부에 형성된 음압에 의해 공정 챔버(1100)의 외부 공기가 제1세정 가스 공급 라인(1711)을 통해 공정 챔버(1100) 내부로 유입된다(S142). 상온에서 공기는 약 45%의 수분을 포함한다. 공기 속에 포함된 수분은 반응 가스와 반응한다. 반응 가스에 포함된 성분 중 WF6, NF3, 그리고 HCl등은 수분과 화학 반응하여 HF 또는 HCl등으로 변한다. 수분과 화학 반응한 가스는 반응 가스 배기 라인(1610)을 통해 배기된다.
일정 시간 동안 공기가 공급되면, 제1밸브(1713)가 닫힌다. 그리고 제2밸브(1723)가 개방되어, 공정 챔버(1100) 내부에 불활성 가스를 공급한다(S144). 불활성 가스는 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 반응 가스를 공정 챔버(1100) 외부로 강제 배기시킬 뿐만 아니라, 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 수분과 화학 반응한 가스를 드라이 아웃(dry out)시킨다. 불활성 가스, 그리고 드라이 아웃된 가스는 반응 가스 배기 라인(610)을 통해 공정 챔버(1100) 외부로 배기된다. 이러한 과정에 의하여, 공정 챔버(1100) 내에 잔존하던 유해 물질이 제거될 수 있다. 제1밸브(1713)와 제2밸브(1723)는 교대로 반복하여 개폐된다.
상술한 반응 가스 제거 방법은 공정 챔버(1100)의 내부 압력이 대기압 상태(약 760Torr)로 유지된 상태에서 반응 가스의 배기 및 세정 가스의 공급이 이루어진다. 때문에, 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 반응 가스가 제거되는 동안 공정 챔버(1100)의 내부 압력은 대기압에 상응하는 압력으로 유지된다. 대기압 상태에서의 가스 밀도는 진공 상태(약 1Torr)보다 약 760배 이상 높으므로, 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 공정 가스와 세정 가스의 충돌 및 반응 확률이 높아진다. 이는 공기 중에 포함된 수분이 장치들의 표면에 잔류하는 유해 물질과의 반응을 원활하게 하여 유해 물질의 제거 효율을 높인다.
공정 챔버(1100) 내부에서 검출되는 반응 가스의 농도가 기 설정치 이하로 떨어지면, 작업자는 공정 챔버(1100)를 개방(S150)하여 부품 교체 및 장치 표면의 세정 작업(S160)등을 수행할 수 있다.
도 3은 제1실험예에 따른 공정 챔버 내부의 반응 가스 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 가로축은 시간 변화를 나타내고 세로축은 공정 챔버(1100) 내부에서 측정되는 반응 가스의 농도를 나타낸다. 제1실험예에서는 공정 챔버(1100) 내부로 세정 가스를 공급하지 않는다. 반응 가스의 농도는 WF6 가스의 농도를 측정하였다. 실험 시작 후 17분이 경과하는 구간(t1)까지 공정 챔버(1100)의 내부는 진공압으로 유지된다. 진공압 상태에서는 WF6 가스의 농도 측정이 어렵다. 실험 시간 17~20분 구간(t2)에서 공정 챔버(1100) 내부로 퍼지 가스가 공급된다. 퍼지 가스의 공급으로 공정 챔버(1100)의 내부 압력은 진공에서 대기압으로 승압된다. 이 과정에서 WF6 가스의 농도는 20ppm으로 급격히 증가한다. 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 반응 가스는 반응 가스 배기 라인(1610)을 통해 공정 챔버(1100) 외부로 배기된다. 반응 가스가 배기되더라도, 20분 이후의 구간(t3)에서 WF6 가스의 농도는 20ppm로 유지된다.
도 4는 제2실험예에 따른 공정 챔버 내부의 반응 가스의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 제2실험예에서는 상기 제1실험예와 달리 공정 챔버(1100) 내부로 세정가스를 공급한다. 실험 시작 후 18분이 경과하는 구간(t1)까지 공정 챔버(1100)의 내부는 진공압으로 유지된다. 실험 시간 18~23분 구간(t2)에서 공정 챔버(1100) 내부로 퍼지 가스가 미량 공급된다. 퍼지 가스의 공급으로 공정 챔버(1100) 내부는 대기압 상태로 상승한다. 배기 라인 개폐 밸브(1630)의 개방으로 공정 챔버(1100) 내부 가스는 외부로 배기된다. 공정 챔버(1100) 내부로 공기가 유입된다. 이 과정에서 WF6 가스 농도는 30ppm까지 증가한다. WF6 가스는 공기 중의 수분과 화학 반응하여 HF로 변한다. 약 5분 동안 공기의 공급이 이루어지고, 실험 시간 약 23분이 경과하는 구간에서 공기의 공급이 차단되고 불활성 가스가 공급된다. 불활성 가스는 공정 챔버(1100) 내부에 잔류하는 반응 가스를 공정 챔버(1100) 외부로 강제 배기시킨다. 그리고 불활성 가스는 공정 챔버(100) 내부에 잔류하는 수분과 화학 반응한 가스를 드라이 아웃(dry out)시킨다. 이 과정에 의해, 공정 챔버(1100) 내부에 머무르는 WF6 가스는 그 농도가 급격히 감소하며, 불활성 가스 공급 후 약 25분이 경과한 시점에서 WF6 가스는 미량 검출된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 기판 처리 장치(2000)는 공정 챔버(2100), 기판 지지부(2200), 공정 가스 공급부(2300), 진공압 인가부(2400), 퍼지 가스 공급부(2500), 반응 가스 배기부(2600), 세정 가스 공급부(2700), 그리고 제어부(미도시)를 포함한다.
공정 챔버(2100)는 기판(W)에 대한 확산 공정 또는 증착 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 공정 챔버(2100)는 처리실(2110), 가열부재(2120), 플랜지(2130), 로드락 챔버(2140), 셔터(2150)를 포함한다.
처리실(2110)은 석영 재질(quartz)의 내부 튜브(2111)와 외부 튜브(2112)로 이루어진다. 내부 튜브(2111)는 상·하부가 개방된 원통형으로 제공되고, 외부 튜브(2112)는 하부가 개방된 원통형 측부와 돔 형상의 상부를 가진다. 외부 튜브(2112)는 내부 튜브(2111)를 감싸며 일정거리 이격하여 위치한다.
가열 부재(2120)는 외부 튜브(2112)를 감싸도록 배치된다. 가열 부재(2120)는 외부 튜브(2112)와 내부 튜브(2111)의 내부를 공정 온도로 가열한다. 공정 온도는 600℃~900℃를 포함한다. 내부 튜브(2111)와 외부 튜브(2112)는 플랜지(2130)에 지지된다. 플랜지(2130)의 중앙에는 통공(2131)이 형성되며, 통공(2131)을 통해 처리실(2110)의 내부와 로드락 챔버(2140)의 내부가 연결된다. 플랜지(2130)는 상·하부가 개방된 원통 형상을 가지며, 외부 튜브(2112)에 대응하는 반경을 가진다.
플랜지(2130)의 하부에는 로드락 챔버(2140)가 위치한다. 로드락 챔버(2140)는 기판(W)이 보트(2210)에 안착되거나 보트(2210)로부터 픽업되는 공간을 제공한다. 플랜지(2130)와 인접한 로드락 챔버(2140)의 내부 영역에는 셔터(2150)가 설치된다. 셔터(2150)는 플랜지(2130)의 통공(2131)을 개폐한다. 셔터(2140)는 보트(2210)가 처리실(2110)과 로드락 챔버(2140) 사이를 이동하는 과정에서 플랜지(2130)의 통공(2131)을 개방한다.
기판 지지부(2200)는 공정 챔버(2100) 내부에서 기판(W)들을 지지한다. 기판 지지부(2200)는 보트(2210)와 보크 구동부(2220)를 포함한다. 보트(2210)는 복수개의 기판(W)들을 상하방향으로 적층하여 지지한다. 보트 구동부(2220)는 보트(2210)가 처리실(2100) 또는 로드락 챔버(2140)에 위치되도록 보트(2210)를 상하방향으로 직선 이동시킨다.
공정 가스 공급부(2300)는 처리실(2110) 내부에 공정 가스를 공급한다. 공정 가스는 기판(W)을 산화시켜 산화막을 형성할 수 있다. 이와 달리 공정 가스는 기판 (W) 표면에 박막을 형성할 수 있는 다양한 가스를 포함한다. 공정 가스 공급부(2300)는 공정 가스 공급라인(2310), 공정 가스 저장부(2320), 그리고 공정 가스 개폐 밸브(2330)을 포함한다. 공정 가스 공급 라인(2310)은 공정 가스 저장부(2320)와 플랜지(2130)을 연결하며, 공정 가스 저장부(2320)에 저장된 공정 가스를 처리실(2110) 내부로 공급한다. 공정 가스 공급 라인(2310)은 플랜지(2130)의 일 측과 연결된다. 공정 가스 개폐 밸브(2330)는 공정 가스 공급 라인(2310)에 설치되며, 공정 가스 공급 라인(2310)을 개폐한다.
퍼지 가스 공급부(2500)는 처리실(2110) 내부에 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스는 불활성 가스를 포함한다. 퍼지 가스 공급부(2500)는 퍼지 가스 공급라인(2510), 퍼지 가스 저장부(2520), 그리고 퍼지 가스 조절 밸브(2530)를 포함한다. 퍼지 가스 공급 라인(2510)은 퍼지 가스 저장부(2520)와 플랜지(2130)를 연결하며, 퍼지 가스 저장부(2520)에 저장된 퍼지 가스를 처리실(2110) 내부로 공급한다. 퍼지 가스 공급 라인(2510)은 플랜지(2130)의 일 측과 연결될 수 있다. 퍼지 가스 조절 밸브(2530)는 퍼지 가스 공급 라인(2510)에 설치되며, 퍼지 가스 공급 라인(2510)을 개폐한다.
진공압 인가부(2400)는 처리실(2110) 내부에 진공압을 인가한다. 진공압 인가부(2400)는 진공압 인가 라인(2410), 진공 펌프(2420), 그리고 진공압 인가 밸브(2430)를 포함한다.
진공압 인가 라인(2410)은 플랜지(2130)의 타단과 연결된다. 진공압 인가 라인(2410)에는 진공 펌프(2420)가 설치된다. 진공압 인가 밸브(2430)는 처리실(2110)과 진공 펌프(2420) 사이 구간에서 진공압 인가 라인(2410)에 설치된다. 진공압 인가 밸브(2430)는 진공압 인가 라인(2410)을 개폐한다. 처리실(2110) 내부에서 공정 처리가 수행되는 동안, 진공압 인가 밸브(2430)는 개방된다. 진공 펌프(2420)의 구동으로 처리실(2110) 내부에는 진공압이 인가된다. 진공압은 처리실(2110) 내부를 진공 상태로 감압한다. 공정 처리 과정에서 발생한 반응 부산물 및 반응 가스는 진공압 인가 라인(2410)을 통해 처리실(2110) 외부로 배출된다. 공정 처리가 완료되면 진공압 인가 밸브(2430)는 닫힌다.
반응 가스 배기부(2600)는 처리실(2110) 내에 머무르는 반응 가스를 외부로 배기한다. 반응 가스 배기부(2600)는 반응 가스 배기 라인(2610), 배기 펌프(2620), 그리고 배기 라인 개폐 밸브(2630)를 포함한다.
반응 가스 배기 라인(2610)은 처리실(2110)과 진공압 인가 밸브(2430) 사이 구간에서 진공압 인가 라인(2410)과 연결된다. 반응 가스 배기 라인(2610)에는 배기 펌프(2620)가 설치된다. 진공압 인가 라인(2410)과 배기 펌프(2620) 사이 구간에는 배기 라인 개폐 밸브(2630)가 설치된다. 배기 라인 개폐 밸브(2630)는 반응 가스 배기 라인(2610)을 개폐한다. 배기 라인 개폐 밸브(2630)의 개방과 배기 펌프(2620)의 구동으로, 처리실(2110) 내부에 머무르는 반응 가스는 진공압 인가 라인(2410)과 반응 가스 배기 라인(2610)을 통해 처리실(2110) 외부로 배기된다.
세정 가스 공급부(2700)는 공정 챔버(2100) 내부에 세정 가스를 공급한다. 세정 가스는 처리실(2110) 내부에 잔류하는 공정 가스와 반응하고, 진공압 인가 라인(2410)과 반응 가스 배기 라인(2610)을 순차적으로 거쳐 처리실(2110) 외부로 배기된다. 세정 가스 공급부(2700)는 세정 가스 공급 라인(2710)과 밸브(2720)를 포함한다. 세정 가스 공급 라인(2710)은 일단이 공정 챔버(2100)와 연결되고, 타단은 공정 챔버(2100)의 외부에 위치한다. 세정 가스 공급 라인(2710)의 타단에는 유입구(2711)가 형성된다. 유입구(2711)는 공정 챔버(2100)의 외부에서 대기를 향해 형성된다. 세정 가스 공급 라인(2710)은 로드락 챔버(2140)와 연결될 수 있다. 밸브(2720)는 세정 가스 공급 라인(2710)에 설치되며, 세정 가스 공급 라인(2710)을 개폐한다. 유입구(2711)를 통해 공정 챔버(2100) 외부에 머무르는 공기가 공정 챔버(2100) 내부로 유입된다. 공기는 세정 가스로 사용된다.
제어부는 기판 처리 후, 반응 가스가 공정 챔버(2100) 외부로 배기되고, 동시에 세정 가스가 공정 챔버(2100) 내부에 공급되도록 반응 가스 배기부(2600)와 세정 가스 공급부(2700)를 제어한다. 그리고, 제어부는 퍼지 가스 공급부(2500)와 세정 가스 공급부(2700)를 제어한다. 제어부는 공기와 퍼지 가스가 교대로, 그리고 반복하여 공정 챔버(2100) 내부로 공급되도록 세정 가스 공급부(2700)의 밸브(2720)와 퍼지 가스 조절 밸브(2530)를 제어할 수 있다.
상술한 기판 처리 장치(2000)를 이용하여 기판(W)을 처리하고, 기판 처리 후 처리실(2110) 내부에 잔류하는 반응 가스를 제거하는 방법을 설명한다.
도 5를 참조하면, 기판(W)들은 보트(2210)에 적재되고, 보트 구동부(2220)는 보트(2210)를 처리실(2110) 내에 위치시킨다. 셔터(2150)가 차단되어 처리실(2110) 내부와 로드락 챔버(2140) 내부가 분리된다. 진공압 인가 밸브(2430)가 개방되고, 진공 펌프(2420)가 구동되어 처리실(2110) 내부는 진공 상태로 감압된다. 이때, 배기 라인 개폐 밸브(2630)는 닫힘 상태로 유지된다. 처리실(2110) 내부가 진공 상태로 유지되면, 공정 가스 공급 라인(2310)을 통해 공정가스가 처리실(2110) 내부로 공급된다. 공정 가스는 처리실(2110) 내부로 확산 되며, 기판(W)에 산화막을 형성한다. 기판 처리 과정에서 발생한 반응 부산물 및 반응 가스는 진공압 인가 라인(2410)을 통해 처리실(2110) 외부로 배기된다.
기판 처리 공정이 완료되면 셔터(2150)가 개방되고, 보트 구동부(2220)는 보트(2210)를 로드락 챔버(2140) 내에 위치시킨다. 기판(W)들은 보트(2210)에서 언로딩되고 후속 공정에 제공된다. 기판 처리 과정에서 발생한 가스는 처리실 (2110) 내부에 반응 가스로 잔류한다. 공정 과정이 반복되면서 처리실(2110) 내부에는 반응 부산물이 누적된다. 누적된 반응 부산물은 기판(W)을 오염시키는 오염원으로 제공되므로 처리실(2110) 내부를 세정하는 세정 공정이 요구된다.
세정 공정은 다음과 같은 순서로 진행된다. 진공 펌프(2420)의 구동이 정지되고, 진공압 인가 밸브(2430)가 닫힌다. 퍼지 가스 공급 밸브(2530)가 개방되어 미량의 퍼지 가스가 처리실(2110) 내부로 공급된다. 퍼지 가스의 공급으로 처리실 (2110) 내부는 압력 상승하여 대기압 상태로 유지된다. 처리실(2110) 내부가 대기압 상태로 유지되면 배기 펌프(2620)가 구동되고 배기 라인 개폐 밸브(2630)가 개방된다. 처리실(2110) 내부에 잔류하는 반응 가스는 진공압 인가 라인(2410)과 반응 가스 배기 라인(2610)을 순차적으로 거쳐 처리실(2110) 외부로 배기된다. 반응 가스의 배기에 의하여 처리실(2110)과 로드락 챔버(2140) 내부에는 음압이 형성된다. 세정 가스 공급 라인(2710)에 설치된 밸브(2720)가 개방되고 공정 챔버(2100)의 외부에 머무르는 공기는 세정 가스 공급 라인(2710)의 유입구(2711)로 유입되어 로드락 챔버(2140)내에 공급된다. 공기는 공정 챔버(2100) 내부에 형성된 음압에 의해 처리실(2110)을 거쳐 진공압 인가 라인(2410)으로 유입된다. 공기가 이동하는 과정에서 처리실(2110) 내부에 잔류하는 반응 가스는 공기 속에 포함된 수분과 화학 반응한다. 수분과 화학 반응한 가스는 진공압 인가 라인(2410)과 반응 가스 배기 라인(2610)을 순차적으로 거쳐 처리실(2110) 외부로 배기된다.
일정 시간 동안 공기의 유입이 이루어지면 세정 가스 공급 라인(2710)에 설치된 밸브(2720)가 닫힌다. 그리고, 퍼지 가스 공급 라인(2510)에 설치된 밸브(2530)가 개방되어 불활성 가스가 처리실(2110) 내부로 유입된다. 불활성 가스는 처리실(2110) 내부에 잔류하는 반응 가스를 처리실(2110) 외부로 강제 배기시켜며, 수분과 화학 반응한 가스를 드라이 아웃 시킨다. 불활성 가스, 그리고 드라이 아웃된 가스는 진공압 인가 라인(2410)과 반응 가스 배기 라인(2610)을 순차적으로 거쳐 처리실(2110) 외부로 배기된다. 이러한 과정에 의하여, 처리실(2110) 내에 잔존하던 유해 물질이 제거될 수 있다. 공기와 불활성 가스는 교대로, 그리고 반복해서 공급될 수 있다. 작업자는 처리실(2110)내에 잔류하는 유해 물질이 제거된 후, 처리실(2110)을 개방하여 처리실(2110) 내부 장치의 세정 작업을 수행할 수 있다.
상기 실시예에서는 공정 챔버(2100) 외부에 머무르는 공기가 세정 가스 공급 라인(2711)을 통해 공정 챔버(2100) 내부로 제공되는 것으로 설명하였으나. 이와 달리 공기는 별도의 저장부에 저장되어 세정 가스 공급 라인(2711)으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 제1세정 가스가 공기를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 제1세정 가스는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 이 경우, 불활성 가스는 제2세정 가스로 제공되는 불활성 가스보다 수분 함량이 높게 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 세정 가스 공급 라인(2710)이 로드락 챔버(2140)와 연결되는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 세정 가스 공급 라인(2710)은 플랜지(2130)와 연결될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나태 내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1000, 2000: 기판 처리 장치 1100, 2100: 공정 챔버
1200, 2200: 기판 지지부 1300, 2300: 공정 가스 공급부
1400, 2400: 진공압 인가부 1500, 2500: 퍼지 가스 공급부
1600, 2600: 반응 가스 배기부 1700, 2700: 세정 가스 공급부
1200, 2200: 기판 지지부 1300, 2300: 공정 가스 공급부
1400, 2400: 진공압 인가부 1500, 2500: 퍼지 가스 공급부
1600, 2600: 반응 가스 배기부 1700, 2700: 세정 가스 공급부
Claims (10)
- 기판 처리 후 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 제거하는 방법에 있어서,
배기 라인을 통해 상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 외부로 배기하고, 가스 공급 라인을 통해 상기 공정 챔버 내부에 상기 반응 가스와 상이한 세정가스를 공급하는 반응 가스 제거 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 처리가 진행되는 동안 상기 공정 챔버 내부는 대기압보다 낮은 압력으로 유지되고,
상기 반응 가스의 배기와 상기 세정 가스의 공급 전, 상기 공정 챔버의 내부는 퍼지 가스가 공급되어 대기압으로 유지되는 반응 가스 제거 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 세정 가스는 공기(Air)를 포함하는 반응 가스 제거 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 가스 공급 라인은 상기 공정 챔버와 연결되고, 상기 세정 가스가 유입되는 유입구가 상기 공정 챔버의 외부에 노출되며,
상기 공기는 상기 공정 챔버의 외부에 머무르며, 상기 유입구에 흡입되어 상기 공정 챔버 내부로 공급되는 반응 가스 제거 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 세정 가스는 불활성 가스를 포함하는 반응 가스 제거 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 세정 가스의 공급은 제1세정 가스를 1차 공급하고, 상기 제1세정 가스보다 수분 함량이 낮은 제2세정 가스를 2차 공급하는 반응 가스 제거 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제1세정 가스와 상기 제2세정 가스는 교대로 반복해서 공급되는 반응 가스 제거 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제1세정 가스는 공기(Air)를 포함하고,
상기 제2세정 가스는 불활성 가스를 포함하는 반응 가스 제거 방법. - 기판 처리가 수행되는 공간을 제공하는 공정 챔버;
상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 기판을 처리하는 공정 가스를 상기 공정 챔버 내부에 공급하는 공정 가스 공급부;
상기 기판 처리가 진행되는 동안 상기 공정 챔버 내부를 진공 상태로 유지시키는 진공압 인가부;
상기 공정 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 외부로 배기하는 반응 가스 배기부;
상기 공정 챔버 내부에 상기 공정 가스와 상이한 세정 가스를 공급하는 세정 가스 공급부; 및
상기 기판 처리 후, 상기 반응 가스가 상기 공정 챔버 외부로 배기되고, 동시에 상기 세정 가스가 상기 공정 챔버 내부에 공급되도록 상기 반응 가스 배기부와 상기 세정 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 세정 가스 공급부는
상기 공정 챔버와 연결되고, 상기 세정 가스가 유입되는 유입구가 대기를 향해 형성된 가스 공급 라인; 및
상기 가스 공급 라인에 설치되며, 상기 가스 공급 라인을 개폐하는 밸브를 포함하는 기판 처리 장치.
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