KR20160071010A - 기판 처리 장치 및 배기 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판처리장치는 챔버, 상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 서셉터, 상기 서셉터의 아래에서 상기 서셉터에 놓인 기판을 가열하는 가열 유닛, 그리고 공정 후 챔버 내에 잔류하는 가스를 배기하는 가스 배기 유닛 등을 포함하되, 상기 가스 배기 유닛은 상기 챔버 내에서 수행되는 제 1 공정에 의해 발생되는 제 1 가스 및 상기 챔버 내에서 수행되는 제 1 공정과 상이한 제 2 공정에 의해 발생되는 제 2 가스를 각각 배기하는 제 1 배기관 및 제 2 배기관, 그리고 압력 조절 유닛을 포함하고, 압력 조절 유닛은 상기 제 1 가스 배기 후 상기 제 2 가스 배기 전 또는 상기 제 2 가스 배기 후 상기 제 1 가스 배기 전에 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 동일하게 조절한다. 따라서, 제 1 배기관 및 제 2 배기관 간의 압력차로 인한 배기 가스의 역류를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 배기 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 칩이나 발광다이오드(LED)와 같은 집적회로의 제조 공정은 기판에 박막을 증착하는 공정을 포함한다. 최근 반도체 소자가 미세화되고, 고효율 및 고출력의 엘이디(LED)가 개발됨에 따라, 증착 공정 중 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이 각광받고 있다. 금속 유기 화학 기상 증착법은 화학 기상 증착법의 하나로, 유기금속의 열분해 반응을 이용해 기판상에 금속화합물을 퇴적 및 부착시키는 방법이다.
일반적으로 금속 유기 화학 기상 증착 공정은 기판이 놓인 서셉터를 히터로 가열하고, 가열된 기판 상에 공정가스를 공급하여 기판 상에 박막을 증착한다. 도 1은 금속 유기 화학 기상 증착을 수행하는 일반적인 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참고하면, 기판 처리 장치는 챔버(1) 내에서 공정 가스를 이용하여 기판을 처리하고, 세정 가스를 이용하여 챔버(1) 내부를 세정한다. 공정 가스와 세정 가스의 반응으로 인해 부산물이 발생되는 것을 방지하기 위해 기판 처리 후 잔류하는 가스와 세정 후 잔류하는 가스는 각각 별도의 배기관(2, 3)을 통해 배기한다. 이 때, 기판 처리에 의한 잔류 가스 배기 후 세정에 의한 잔류 가스를 배기하기 위해 또는 세정에 의한 잔류 가스 배기 후 기판 처리에 의한 잔류 가스를 배기하기 위해 각 배기관(2, 3)을 개폐하는 밸브 중 하나는 열고 다른 하나는 닫는다(이하, "절환"으로 정의). 이 경우, 각 배기관 간의 압력 차로 인해 역류가 발생할 수 있고, 발생된 역류로 인해 가스가 타 배관으로 유입될 경우, 서로 상이한 가스 간의 화학 반응에 의한 부산물로 인해 배관 막힘 현상이 발생될 수 있다.
본 발명은 배기관 내에서의 배기 가스의 역류를 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 배기관의 막힘을 최소화하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는 챔버와; 상기 챔버 내에서 기판을 지지하도록 제공된 기판 지지 유닛과; 상기 챔버 내로 공정 가스 및 세정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 챔버 내의 가스를 상기 챔버 외부로 배기하는 가스 배기 유닛;을 포함하되, 상기 가스 배기 유닛은, 상기 챔버의 내부와 연통되는 제 1 배기관 및 상기 제 1 배기관과 상이한 제 2 배기관; 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관에 설치되고, 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛; 상기 제 1 배기관에서 상기 챔버 및 상기 압력 조절 유닛 사이에 설치된 제 1 개폐 밸브; 및 상기 제 2 배기관에서 상기 챔버 및 상기 압력 조절 유닛 사이에 설치된 제 2 개폐 밸브를 포함한다.
상기 기판 지지 유닛은, 기판을 직접 지지하는, 복수개의 기판 홀더;와 상기 기판 홀더가 수용되는 복수개의 기판 수용홈;과 상기 복수개의 기판 수용홈이 그 상면에 제공된, 원판 형상을 가지는 서셉터;를 포함하고, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 서셉터의 중심축상에 놓이도록 상기 챔버의 상부벽 중앙에 장착된다.
상기 압력 조절 유닛은, 상기 제 1 배기관 내로 압력 조절 가스를 공급하는 제 1 공급 부재; 및 상기 제 2 배기관 내로 압력 조절 가스를 공급하는 제 2 공급 부재;를 포함한다.
상기 압력 조절 유닛은, 상기 제 1 배기관의 내부 압력을 측정할 수 있는 제 1 압력 측정 부재; 및 상기 제 2 배기관의 내부 압력을 측정할 수 있는 제 2 압력 측정 부재;를 포함한다.
상기 압력 조절 유닛은, 상기 제 1 압력 측정 부재 및 상기 제 2 압력 측정 부재로부터 측정된 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력에 따라 상기 제 1 공급 부재 및 상기 제 2 공급 부재의 압력 조절 가스의 공급량을 조절하는 제어기를 포함한다.
상기 제 1 공급 부재 및 상기 제 2 공급 부재는, 각각 질량 유량 제어기(MFC:Mass Flow Controller)를 포함한다.
제 1 가스는 상기 제 1 배기관을 통해서 배기되고, 상기 제 1 가스와 상이한 제 2 가스는 상기 제 2 배기관을 통해서 배기된다.
상기 제 1 가스는, 기판 처리 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 가스이고, 상기 제 2 가스는, 상기 챔버 내부의 세정 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 가스일 수 있다.
상기 제 1 가스는 암모니아(NH3)가스를 포함하고, 상기 제 2 가스는 염소(Cl2)가스를 포함할 수 있다.
상기 압력 조절 가스는, 질소(N2)가스를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 배기 방법을 제공한다. 일 실시예에 의하면, 챔버 내부의 가스를 외부로 배기하는 배기 방법은 제 1 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 제 1 가스는 제 1 배기관을 통해 배기시키고, 제 1 공정과 상이한 제 2 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 제 2 가스는 상기 제 1 배기관과 상이한 제 2 배기관을 통해 배기시키되, 상기 제 1 가스 배기 후 상기 제 2 가스 배기 전 또는 상기 제 2 가스 배기 후 상기 제 1 가스 배기 전에 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 동일하게 조절하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 동일하게 조절하는 단계는, 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관 중 더 작은 압력 상태인 배기관에 압력 조절 가스를 공급하는 단계를 포함한다.
상기 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 동일하게 조절하는 단계는, 상기 압력 조절 가스를 공급하는 단계 전에 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 측정하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 공정은, 공정 가스를 이용해 기판을 처리하는 공정이고, 상기 제 2 공정은, 세정 가스를 이용해 상기 챔버 내부를 세정하는 공정일 수 있다.
상기 제 1 가스는 암모니아(NH3)가스를 포함하고, 상기 제 2 가스는 염소(Cl2)가스를 포함할 수 있다.
상기 압력 조절 가스는, 질소(N2)가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명의 기판 처리 장치 및 배기 방법은 배기관 내에서의 배기 가스의 역류를 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명의 기판 처리 장치 및 배기 방법은 배기관의 막힘을 최소화할 수 있다.
도 1은 일반적인 기판처리장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 서셉터를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 2의 기판홀더를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 2의 가스 공급 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 노즐을 나타내는 수평 단면도이다.
도 7은 도 2의 가스 배기 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 서셉터를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 2의 기판홀더를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 2의 가스 공급 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 노즐을 나타내는 수평 단면도이다.
도 7은 도 2의 가스 배기 유닛을 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 상세히 설명한다.
기판처리장치는 기판 상에 박막을 증착하는 공정을 수행한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 기판처리장치는 챔버(200), 기판 지지 유닛(300), 라이너 유닛(400), 가스 공급 유닛(600), 가열 유닛(500) 그리고 가스 배기 유닛(700)을 포함한다. 챔버(200)는 내부에 공정 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 기판 지지 유닛(300)은 기판(S)을 지지하며, 라이너 유닛(400)은 챔버(200) 내벽을 보호한다. 가열 유닛(500)은 기판(S)을 가열한다. 가스 공급 유닛(600)은 기판(S)으로 공정 가스를 공급하고 챔버(200) 내부 세정 시 세정 가스를 공급한다. 가스 배기 유닛(700)은 기판(S) 처리 후 잔류하는 가스 및 챔버(200) 내부 세정 후 잔류하는 가스를 챔버(200) 외부로 배기한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
챔버(200)의 내부에는 기판이 처리되는 처리공간이 형성된다. 챔버(200)는 원통 형상을 가지며, 상부벽(210), 측벽(220), 그리고 하부벽(230)이 조합되어 처리 공간을 형성한다. 상부벽(210)은 챔버(200) 내부를 개방할 수 있다. 작업자는 챔버(200) 내부에 제공되는 장치를 유지 보수할 경우, 상부벽(210)을 개방한다. 또한, 챔버(200)에 기판(S)이 출입하는 경우, 상부벽(210)이 개방될 수 있다. 챔버(200)는 내열성이 약한 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(200)는 스테인레스 재질로 제공될 수 있다.
기판 지지 유닛(300)은 챔버(200) 내부에서 기판(S)을 지지한다. 기판 지지 유닛(300)은 복수 매의 기판(S)을 동시에 지지할 수 있다. 실시예에 의하면, 기판 지지 유닛(300)은 서셉터(310), 기판 홀더(320), 그리고 서셉터 구동부(330)를 포함한다.
도 3은 도 2의 서셉터(310)를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 3을 참조하면, 서셉터(310)는 원판 형상을 가지도록 제공된다. 서셉터(310)는 그 상면이 저면보다 큰 반경을 가지고, 측면이 하향 경사질 수 있다.
서셉터(310)의 상면에 중앙홈(312) 및 기판 수용홈(311)이 형성된다. 중앙홈(312)은 서셉터(310)의 중앙영역에 위치되며, 기판 수용홈(311)은 복수개가 중앙홈(312)의 주변을 감싸도록 위치된다. 일 예에 의하면, 각각의 기판 수용홈(311)은 서로 조합하여 링 형상으로 배치될 수 있다. 각각의 기판 수용홈(311)은 중앙홈(312)으로부터 거리가 동일하게 제공될 수 있다. 서로 인접한 기판 수용홈들(311) 간에 간격은 동일하게 제공될 수 있다.
기판 수용홈(312)들에는 돌기(313), 분사홀(314), 그리고 안내홈(315)이 형성된다. 돌기(313)는 기판 수용홈(311)의 바닥면 중앙으로부터 소정 높이로 돌출된다. 분사홀(314)은 돌기(313) 주변에 복수 개 형성된다. 분사홀(314)들은 가스를 공급하는 가스 공급 유로(317)들을 가지는 가스 분사 부재(317)와 연결되며, 가스를 분사한다. 분사된 가스는 기판 수용홈(312)에 놓인 기판 홀더(320)을 부양시킨다.
안내홈(315)은 분사홀(314)에서 분사된 가스의 흐름을 안내한다. 안내홈(315)은 분사홀(314)들에 각각 연결된다. 안내홈(315)은 소정 길이를 가지며, 라운드지게 제공된다. 분사홀(314)에서 분사된 가스는 안내홈(315)을 따라 이동하며, 부양된 기판 홀더(320)를 회전시킨다.
서셉터 구동부(330)는 서셉터(310)를 회전 및 승강시킨다. 서셉터 구동부(330)는 회전축(331) 및 모터(332)를 포함한다. 회전축(331)은 서셉터(310)의 하부에서 서셉터(310)를 지지한다. 모터(332)는 회전축(331)을 회전 및 승강시킨다. 실시예에 의하면, 기판 홀더(320)가 회전되는 동안, 모터(332)는 서셉터(310)를 회전시킬 수 있다.
도 4는 도 2의 기판홀더(320)를 보여주는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 기판홀더(320)는 기판을 직접 지지한다. 기판 홀더(320)는 두께가 얇은 원판으로 기판 수용홈(312)에 수용된다. 기판 홀더(320)의 상면에는 안착홈(321)이 형성된다. 안착홈(321)은 소정 깊이로 형성되며, 기판(S)을 수용한다. 안착홈(321)은 기판홀더(320)의 내측면과 바닥면에 의해 정의될 수 있다. 일 예에 의하면, 안착홈(321)은 원형의 형상으로 제공될 수 있다. 안착홈(321)은 기판(S)의 반경에 상응하거나 그보다 큰 반경을 가질 수 있다. 기판 홀더(320)의 저면에는 고정홈(322)이 형성된다. 고정홈(322)에는 기판 수용홈(312)의 바닥면에 형성된 돌기(313)가 삽입 가능하다. 기판 홀더(320)는 전기 전도율이 높은 재질로 제공될 수 있다. 기판 홀더(320)는 흑연 재질로 제공될 수 있다. 기판 홀더(320)는 복수 개 제공되며, 기판 수용홈(312)들 각각에 수용된다.
다시 도 2를 참조하면, 라이너 유닛(400)은 챔버(200) 내부에 위치하며, 챔버(200) 내벽을 보호한다. 라이너 유닛(400)은 챔버(200) 내벽에 공정 가스가 부착되거나, 챔버(200) 내벽과 공정 가스가 반응하는 것을 차단한다. 라이너 유닛(400)은 상부 라이너(410), 측부 라이너(420), 그리고 체결 부재(430)를 포함한다.
상부 라이너(410)는 두께가 얇은 판으로, 서셉터(310)의 상부에서 서셉터(310)의 상면과 나란하게 배치된다. 상부 라이너(410)는 챔버(200)의 상부벽(210)으로부터 소정 거리 이격하여 위치한다. 상부 라이너(410)는 서셉터(310)의 상면보다 큰 면적을 가진다. 실시예에 의하면, 상부 라이너(410)는 원판이며, 서셉터(310)의 상면보다 큰 반경을 가진다. 상부 라이너(410)의 중심에는 삽입공이 형성된다. 삽입공에는 노즐(610)이 위치한다.
측부 라이너(420)는 상·저면이 개방되며, 내부에 공간이 형성된 통 형상을 가진다. 측부 라이너(420)는 상부 라이너(410)의 하부에서 상부 라이너(410)를 지지한다. 측부 라이너(420)는 상부 라이너(410)에 상응하는 반경을 가지며, 상단에 상부 라이너(410)가 놓인다. 측부 라이너(420)는 서셉터(310)의 주변을 에워싸도록 배치된다. 상부 라이너(410)와 측부 라이너(420)에 의해 구획되는 공간은 기판(S)에 대한 공정 처리가 수행되는 처리 공간(422)으로 제공된다.
상부 라이너(410)와 측부 라이너(420)는 챔버(200)보다 내열성이 우수한 재질로 제공된다. 상부 라이너(410)와 측부 라이너(420)는 그라파이트 재질로 제공될 수 있다.
체결 부재(430)는 상부 라이너(410)를 챔버(200)의 상부벽(210)에 고정시킨다. 체결 부재(430)는 플랜지(431)와 볼트(432)를 포함한다. 플랜지(431)는 삽입공이 형성된 상부 라이너(410)의 내측단에 고정 체결된다. 볼트(432)는 챔버(200)의 상부벽(210)과 플랜지(431)를 체결한다. 체결 부재(430)에 의하여, 상부 라이너(410)와 챔버(200)의 상부벽(210)과 일체로 이동한다. 상부벽(210)이 챔버(200)의 내부를 개방하는 경우, 상부 라이너(410)는 상부벽(210)과 함께 이동한다.
가열 유닛(500)은 서셉터(310)의 아래에 위치한다. 가열 유닛(500)은 서셉터(310)의 저면으로부터 소정 거리 이격된다. 일 예에 의하면, 가열 유닛(500)은 유도가열 코일로 제공되며, 동일 높이에서 나선 형상으로 회전축(331) 주변에 복수 회 감긴다. 가열 유닛(500)에 의해 서셉터(310)에 발생된 열은 서셉터(310)와 기판 홀더(320)를 통해 기판(S)으로 전달되며, 기판(S)을 가열한다. 가열 유닛(500)은 기판(S)을 고온으로 가열한다. 실시예에 의하면, 기판(S)은 700℃ 내지 1300℃로 가열될 수 있다.
가스 공급 유닛(600)은 상부 라이너(410)와 서셉터(310) 사이 공간으로 기판 처리시에는 공정 가스 및 퍼지 가스를 공급하고, 챔버(200) 내부 세정 시에는 세정 가스를 공급한다. 공정 가스는 제 1 공정 가스 및 제 2 공정 가스를 포함한다. 도 5는 도 2의 가스 공급 유닛(600)을 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 노즐(610)을 나타내는 수평 단면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 가스 공급 유닛(600)은 노즐(610), 제 1 공급라인(641), 제 2 공급라인(642), 그리고 퍼지 가스 공급라인(643)을 포함한다.
노즐(610)은 챔버(200)의 상부벽(210) 중앙으로부터 아래로 제공되며, 그 끝단이 서셉터(310)의 중앙홈(311)에 위치한다. 노즐(610)은 상단이 챔버(200)의 상부벽(210)에 걸쳐 지지될 수 있다. 노즐(610)의 내부는 복수의 공간으로 구획되어 형성된다. 실시예에 의하면, 노즐(610)이 내부에는 3개의 공간(611 내지 613)이 형성된다. 제1공간(611)은 노즐(610)의 중앙영역에 형성된다. 제2공간(612)은 제1공간(611)의 둘레를 따라 링 형상으로 형성된다. 제3공간(613)은 제2공간(612)의 둘레를 따라 링 형상으로 형성된다. 제1 내지 제3공간(611 내지 613)은 구획벽에 의해 구획되며 서로 간에 차단된다.
노즐(610)의 측벽에는 퍼지가스 분사구(621, 622)와 처리가스 분사구(623 내지 625)가 형성될 수 있다.
퍼지가스 분사구(621, 622)는 상부 라이너(410)에 인접한 노즐(610) 영역과 노즐(610) 끝단에 인접한 영역에 각각 형성될 수 있다. 퍼지가스 분사구(621, 622)는 노즐(610) 둘레를 따라 복수 개 형성된다. 퍼지가스 분사구(621, 622)는 제3공간(613)과 연통된다. 제3공간(613)에 공급된 퍼지 가스는 퍼지 가스 분사구(621, 622)들을 통해 처리 공간(422)으로 분사된다. 일 예에 의하면, 노즐(610) 끝단에 인접한 영역에 형성된 퍼지가스 분사구(622)는 중앙홈(311) 내에 위치될 수 있다.
처리가스 분사구(623 내지 625)는 제 1 공정 가스 및 세정 가스를 분사하는 제 1 분사구(623)와, 제 2 공정 가스 및 세정 가스를 분사하는 제 2 분사구(624, 625)로 구분된다.
제 1 분사구(623)는 상부에 형성된 퍼지 가스 분사구(621)들과 하부에 형성된 퍼지 가스 분사구(622)들 사이에 형성된다. 제 1 분사구(623)는 노즐(610)의 둘레를 따라 복수 개 형성된다. 제 1 분사구(623)는 제1내관(631)을 통해 제1공간(611)과 연통된다. 제1내관(631)은 복수 개가 제1공간(611)을 중심으로 방사상으로 배치되며, 제 1 분사구(623)들 각각과 연결된다. 제1공간(611)으로 공급된 제 1 공정 가스 또는 세정 가스는 제1내관(631)과 제 1 분사구(623)를 순차적으로 거쳐 처리 공간(422)으로 분사된다.
제 2 분사구(624, 625)는 상부에 형성된 퍼지 가스 분사구(621)들과 제 1 분사구(623)들 사이 영역, 그리고 제 1 분사구(623)들과 하부에 형성된 퍼지 가스 분사구(622)들 사이 영역에 각각 형성된다. 제 2 분사구(624, 625)는 노즐(610)의 둘레를 따라 복수 개 형성된다. 제 2 분사구(624, 625)는 제2내관(632, 633)을 통해 제2공간(612)과 연통된다. 제2내관(632, 633)은 복수 개가 제2공간(612)을 중심으로 방사상으로 배치되며, 제 2 분사구(624, 625)들 각각과 연결된다. 제2공간(612)으로 공급된 제 2 공정 가스 또는 세정 가스는 제2내관(632, 625)과 제 2 분사구(624, 625)를 순차적으로 거쳐 처리 공간(422)으로 분사된다. 기판 처리 시 제 1 분사구(623)와 제 2 분사구(624, 625)에서 분사된 제 1 및 제 2 공정 가스는 처리 공간(422)에서 혼합되고 기판(S)에 증착된다.
제 1 공급라인(641)은 노즐(610)의 상단에서 제1공간(611)과 연결된다. 제 1 공급라인(641)은 제1공간(611)으로 제 1 공정 가스 또는 세정 가스를 공급한다. 제 1 공정 가스는 유기금속인 Ⅲ족 원소의 가스일 수 있다. 제 1 공정 가스는 트리메틸갈륨(TMG) 또는 트리메틸알루미늄(TMA)일 수 있다.
제 2 공급라인(642)은 노즐(610)의 상단에서 제2공간(612)과 연결될 수 있다. 제 2 공급 라인(642)은 제2공간(612)으로 제 2 공정 가스 또는 세정 가스를 공급한다. 제 2 공정 가스는 V족원소가 수소화물로서 제공될 수 있다. 제 2 공저 가스는 포스핀(PH3), 수소화비소(AsH3), 또는 암모니아(NH3)일 수 있다.
퍼지 가스 공급라인(643)은 노즐(610)의 상단에서 제3공간(613)과 연결될 수 있다. 퍼지 가스 공급라인(643)은 제3공간(613)으로 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지가스는 질소가스(N2)일 수 있다.
가스 배기 유닛(700)은 제 1 가스 및 제 1 가스와 상이한 제 2 가스를 챔버(200) 외부로 배기한다. 제 1 가스는 기판(S) 처리 후 처리 공간(422)에 잔류하는 가스이다. 제 2 가스는 챔버(200) 내부 세정 후 처리 공간(422)에 잔류하는 가스이다. 예를 들면, 제 1 가스는 챔버 내부로 공급된 공정 가스의 종류에 따라 암모니아(NH3) 가스를 포함하고, 제 2 가스는 챔버 내부로 공급된 세정 가스의 종류에 따라 염소(Cl2) 가스를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)의 압력 차가 존재하는 경우, 밸브(751, 752) 절환시 배기 가스가 제 1 배기관(723) 또는 제 2 배기관(724) 중 어느 하나에서 역류하여 다른 배기관으로 유입되는 경우, 암모니아(NH3) 가스 및 염소(Cl2) 가스가 반응하여 배기관 내에서 부산물(NH4Cl)이 생성될 수 있다. 그러므로, 생성된 부산물에 의해 배기관이 막히는 문제점이 발생될 수 있다.
도 7은 도 2의 가스 배기 유닛(700)을 나타내는 사시도이다. 도 2 및 도 7을 참조하면, 가스 배기 유닛(700)은 배기판(710), 배기관(720), 탄성 부재(730), 압력 조절 유닛(740), 제 1 개폐 밸브(751), 제 2 개폐 밸브(752), 제 1 펌프(761) 및 제 2 펌프(762)를 포함한다.
배기판(710)은 링 형상의 판으로, 서셉터(310)의 둘레를 따라 제공된다. 배기판(710)의 상면은 서셉터(310)의 상면에 상응하거나 그보다 낮게 위치할 수 있다. 배기판(710)의 상면에는 측부 라이너(420)가 놓인다. 배기판(710)의 상면 영역 중 측부 라이너(420)가 놓인 영역 내측에는 배기홀(711)이 형성된다. 배기홀(711)은 배기판(710)의 상면을 따라 복수 개 형성된다. 배기판(710)의 내부에는 배기 유로(712)가 형성된다. 배기 유로(712)는 배기판(710)의 둘레를 따라 링 형상으로 형성되며, 배기홀(711)들과 연통된다.
배기관(720)은 배기판(710)의 저면과 연결되며, 배기 유로(712)와 연통된다. 배기관(720)은 중간 배기관(721), 메인 배기관(722), 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)을 포함한다.
실시예에 의하면, 중간 배기관(720)은 복수 개로 분기되어, 서로 상이한 위치에서 배기판(710)과 결합된다. 배기관(720)들은 단계별로 합쳐져 하나의 메인 배기관(722)으로 합쳐진다. 메인 배기관(722)에는 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)이 연결된다. 실시예에 의하면, 중간 배기관(721)들은 4개 지점에서 배기판(710)과 연결되고, 한 쌍씩 단계별로 합쳐진다. 그리고 합쳐진 2개의 중간 배기관(721)은 메인 배기관(722)으로 합쳐진다.
제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)은 메인 배기관(722)으로부터 각각 분기되어 메인 배기관(722)과 연결된다. 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)은 메인 배기관(722), 중간 배기관(721) 및 배기 유로(712)와 연통됨으로써, 챔버(200)의 내부와 연통된다. 제 1 가스는 제 1 배기관(723)을 통해서 배기된다. 제 2 가스는 제 2 배기관(724)을 통해서 배기된다. 상술한 바와 같이, 각각 상이한 공정 후 잔류하는 서로 상이한 제 1 가스 및 제 2 가스를 별개의 배기관으로 배기함으로써, 제 1 배기관(723) 또는 제 2 배기관(724) 중 어느 하나에 역류가 발생되어 다른 하나로 가스가 유입되지 않는 한, 제 1 배기관(723) 또는 제 2 배기관(724) 내에서 제 1 가스 및 제 2 가스가 반응된 부산물로 인해 제 1 배기관(723) 또는 제 2 배기관(724)이 막히는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724) 내의 가스가 역류하는 것을 방지할 필요가 있다.
탄성 부재(730)는 배기판(710)의 저면에 제공된다. 탄성 부재(730)는 배기판(710)에 힘이 가해지는 경우, 배기판(710)에 탄성력을 인가한다. 예컨대, 배기판(710)의 상면에 측부 라이너(420)가 놓이거나, 상부 라이너(410)가 개방되는 경우, 탄성력을 제공하여 배기판(710)을 안정적으로 지지한다. 탄성 부재(730)는 스프링이 제공될 수 있다. 스프링(730)은 배기판(710)의 둘레를 따라 복수 개 제공될 수 있다.
압력 조절 유닛(740)은 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)에 설치된다. 압력 조절 유닛(740)은 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724) 내부의 압력을 조절한다. 예를 들면, 압력 조절 유닛(740)은 제 1 개폐 밸브(751) 및 제 2 개폐 밸브(752) 절환 전, 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)의 압력을 동일하도록 조절한다. 압력 조절 유닛(740)은 제 1 공급 부재(741), 제 2 공급 부재(742), 제 1 압력 측정 부재(743) 및 제 2 압력 측정 부재(744)를 포함한다.
제 1 공급 부재(741)는 제 1 배기관(723) 내로 압력 조절 가스를 공급한다. 제 2 공급 부재(742)는 제 2 배기관(724) 내로 압력 조절 가스를 공급한다. 배기관(723, 724) 내에서 압력 조절 가스에 의한 화학 반응을 방지하기 위해, 압력 조절 가스는 비활성 기체로 제공된다. 예를 들면, 압력 조절 가스는 질소(N2)가스로 제공될 수 있다. 제 1 공급 부재(741) 및 제 2 공급 부재(742)는 각각 질량 유량 제어기(MFC:Mass Flow Controller)를 포함한다. 질량 유량 제어기(MFC)는 공급되는 유체의 유량을 측정하며 공급되는 유체의 유량이 설정된 유량으로 공급되도록 제어한다. 제 1 공급 부재(741) 및 제 2 공급 부재(742)는 압력 조절 가스를 공급하고, 공급 유량을 조절함으로써, 각각 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724) 내의 압력을 조절한다.
제 1 개폐 밸브(751)는 제 1 배기관(723)에서 챔버(200) 및 압력 조절 유닛(740) 사이에 설치되고, 제 2 개폐 밸브(752)는 제 2 배기관(724)에서 챔버(200) 및 압력 조절 장치(740) 사이에 설치된다. 제 1 개폐 밸브(751)는 제 1 배기관(723)을 개폐 하고, 제 2 개폐 밸브(752)는 제 2 배기관(724)을 개폐 한다. 예를 들면, 제 1 가스를 이용하여 챔버(200) 내에서 수행되는 공정 후 챔버(200) 내에 잔류하는 제 1 가스를 배기하는 경우, 제 1 개폐 밸브(751)는 제 1 배기관(723)을 개방하고, 제 2 개폐 밸브(752)는 제 2 배기관(724)을 닫는다. 또한, 제 2 가스를 이용하여 챔버(200) 내에서 수행되는 공정 후 챔버(200) 내에 잔류하는 제 2 가스를 배기하는 경우, 제 2 개폐 밸브(752)는 제 2 배기관(724)을 개방하고, 제 1 개폐 밸브(751)는 제 1 배기관(723)을 닫는다.
제 1 압력 측정 부재(743)는 제 1 배기관(723)의 내부 압력을 측정하고, 제 2 압력 측정 부재(744)는 제 2 배기관(724)의 내부 압력을 측정한다. 제 1 압력 측정 부재(743) 및 제 2 압력 측정 부재(744)에 의해 측정된 압력 데이터에 의해 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724) 내의 압력을 조절하기 위해 제 1 공급 부재(741) 및 제 2 공급 부재(742)의 압력 조절 가스의 공급 여부 및 공급 유량을 결정한다. 예를 들면, 밸브(751, 752) 절환 전, 제 1 배기관(723) 내의 압력이 제 2 배기관(724) 내의 압력보다 낮은 경우, 두 배기관(723, 724) 간의 압력을 동일 또는 근사하게 하기 위해 제 1 배기관(723) 내에 압력 조절 가스를 공급하거나, 두 배기관(723, 724) 내로 공급되는 압력 조절 가스의 유량을 각각 조절한다.
압력 조절 유닛(740)은 제어기(745)를 더 포함할 수 있다. 제어기(745)는 제 1 압력 측정 부재(743) 및 제 2 압력 측정 부재(744)로부터 측정된 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)의 압력에 따라 제 1 공급 부재(741) 및 제 2 공급 부재(743)의 압력 조절 가스의 공급량을 조절한다.
제 1 펌프(761)는 제 1 가스 배기 시, 제 1 배기관(723)에 진공압을 인가하고, 제 2 펌프(762)는 제 2 가스 배기 시, 제 2 배기관(724)에 진공압을 인가한다. 제 1 펌프(762) 또는 제 2 펌프(762)에서 인가된 진공압은 각각 제 1 배기관(723) 또는 제 2 배기관(724)을 통해 메인 배기관(722), 중간 배기관(721), 그리고 배기 유로(712)를 순차적으로 거쳐 배기홀(711)들 각각에 인가된다. 진공압은 배기 유로(712)를 거치므로, 배기홀(711)들 각각에는 진공압이 균일하게 인가될 수 있다. 배기홀(711)들에 인가된 진공압은 처리 공간(422)에 인가되며, 처리 공간(422)에 머무르는 가스는 배기홀(711)들로 유입된다. 가스는 배기홀(711)들 각각에 균일하게 유입될 수 있다.
이하, 도 2 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기 방법을 상세히 설명한다. 또한, 용이한 설명을 위해, 도 2의 기판 처리 장치를 이용해 배기 방법을 설명한다.
배기 방법은 기판 처리 장치의 챔버(200) 내부의 가스를 외부로 배기하는 방법이다. 배기 방법은, 제 1 공정 후 챔버(200) 내부에 잔류하는 제 1 가스는 제 1 배기관(723)을 통해 배기시키고, 제 2 공정 후 챔버(200) 내부에 잔류하는 제 2 가스는 상기 제 1 배기관(723)과 상이한 제 2 배기관(724)을 통해 배기시키되, 제 1 가스 배기 후 상기 제 2 가스 배기 전 또는 상기 제 2 가스 배기 후 상기 제 1 가스 배기 전에 상기 제 1 배기관(723) 및 상기 제 2 배기관(724)의 압력을 동일하게 조절하는 단계를 포함한다.
제 1 공정과 제 2 공정은 챔버(200) 내에서 수행되는 공정이다. 제 1 공정과 제 2 공정은 상이한 공정이다. 예를 들면, 제 1 공정은, 공정 가스를 이용해 기판을 처리하는 금속 유기 화학 기상 증착 공정이고, 제 2 공정은, 세정 가스를 이용해 챔버(200) 내부를 세정하는 공정일 수 있다. 이하, 제 1 공정은, 공정 가스를 이용해 기판을 처리하는 공정이고, 제 2 공정은, 세정 가스를 이용해 챔버(200) 내부를 세정하는 공정인 것을 가정하여 설명한다. 따라서, 제 1 가스는 기판 처리 공정 후 챔버(200) 내부에 잔류하는 가스이고, 제 2 가스는 챔버(200) 내부의 세정 공정 후 챔버(200) 내부에 잔류하는 가스인 것으로 가정한다.
공정 가스를 이용해 기판을 처리하는 공정에서는, 가스 공급 유닛(600)으로부터 공급된 공정 가스가 가열 유닛(500)에 의해 기판에 발생된 열에 의해 열 분해되어, 기판 지지 유닛(300)에 놓인 기판 상에 금속화합물이 증착된다. 공정 처리 후 잔류하는 제 1 가스는 제 1 배기관(723)을 통해 챔버(200) 외부로 배기된다. 이 경우, 제 1 개폐 밸브(751)는 열리고, 제 2 개폐 밸브(752)는 닫힌다. 제 1 가스는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있다.
세정 가스를 이용해 챔버(200) 내부를 세정하는 공정에서는, 가스 공급 유닛(600)으로부터 공급된 세정 가스가 챔버(200) 내부를 세정한다. 세정 후 잔류하는 제 2 가스는 제 2 배기관(724)을 통해 챔버(200) 외부로 배기된다. 이 경우, 제 2 개폐 밸브(752)는 열리고, 제 1 개폐 밸브(751)는 닫힌다.
제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)의 압력을 동일하게 조절하는 단계는 개폐 밸브들(751, 752)이 절환되기 전에 수행된다. 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)의 압력을 동일하게 조절하는 단계는 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)의 압력을 측정하는 단계 및 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724) 중 더 작은 압력 상태인 배기관에 압력 조절 가스를 공급하는 단계를 포함한다.
압력을 측정하는 단계에서는, 제 1 압력 측정 부재(743)는 제 1 배기관(723) 내부의 압력을 측정한다. 제 2 압력 측정 부재(744)는 제 2 배기관(724) 내부의 압력을 측정한다. 이 때, 측정된 압력은 제어기(745)로 전달된다.
압력을 동일하게 조절하는 단계에서는, 제어기(745)는 측정된 압력을 비교하여 제 1 배기관(723) 또는 제 2 배기관(724) 중 내부 압력이 낮은 배기관에 압력 조절 가스를 공급하도록 제 1 공급 부재(741) 및 제 2 공급 부재(742)를 제어한다. 압력 조절 가스는 제 1 배기관(741)과 제 2 배기관(742)의 내부 압력이 동일 또는 근사해질 때까지 공급된다.
압력 조절 가스는 압력 조절 가스의 화학 반응에 의한 부산물 발생을 방지하기 위해 비활성 기체인 질소(N2)가스로 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 방법은 서로 상이한 가스를 배기하는 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724)의 압력을 밸브(751, 752) 절환 전 동일 또는 근사하게 조절해 줌으로써, 제 1 배기관(723) 및 제 2 배기관(724) 중 하나의 배관의 배기 가스가 역류하여 다른 배관에 유입되는 것을 방지함으로써, 배관이 반응 부산물에 의해 막히는 것을 최소화한다.
S: 기판
200: 챔버
300: 기판 지지 유닛 400: 라이너 유닛
500: 가열 유닛 600: 가스 공급 유닛
700: 가스 배기 유닛 710: 배기판
720: 배기관 723: 제 1 배기관
724: 제 2 배기관 740: 압력 조절 유닛
741: 제 1 공급 부재 742: 제 2 공급 부재
743: 제 1 압력 측정 부재 744: 제 2 압력 측정 부재
751: 제 1 개폐 밸브 752: 제 2 개폐 밸브
300: 기판 지지 유닛 400: 라이너 유닛
500: 가열 유닛 600: 가스 공급 유닛
700: 가스 배기 유닛 710: 배기판
720: 배기관 723: 제 1 배기관
724: 제 2 배기관 740: 압력 조절 유닛
741: 제 1 공급 부재 742: 제 2 공급 부재
743: 제 1 압력 측정 부재 744: 제 2 압력 측정 부재
751: 제 1 개폐 밸브 752: 제 2 개폐 밸브
Claims (16)
- 챔버와;
상기 챔버 내에서 기판을 지지하도록 제공된 기판 지지 유닛과;
상기 챔버 내로 공정 가스 및 세정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
상기 챔버 내의 가스를 상기 챔버 외부로 배기하는 가스 배기 유닛;을 포함하되,
상기 가스 배기 유닛은,
상기 챔버의 내부와 연통되는 제 1 배기관 및 상기 제 1 배기관과 상이한 제 2 배기관;
상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관에 설치되고, 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛;
상기 제 1 배기관에서 상기 챔버 및 상기 압력 조절 유닛 사이에 설치된 제 1 개폐 밸브; 및
상기 제 2 배기관에서 상기 챔버 및 상기 압력 조절 유닛 사이에 설치된 제 2 개폐 밸브를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지 유닛은,
기판을 직접 지지하는 복수개의 기판 홀더;와
상기 기판 홀더가 수용되는 복수개의 기판 수용홈;과
상기 복수개의 기판 수용홈이 그 상면에 제공된, 원판 형상을 가지는 서셉터;를 포함하고,
상기 가스 공급 유닛은,
상기 서셉터의 중심축상에 놓이도록 상기 챔버의 상부벽 중앙에 장착되는 기판 처리 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 압력 조절 유닛은,
상기 제 1 배기관 내로 압력 조절 가스를 공급하는 제 1 공급 부재; 및
상기 제 2 배기관 내로 압력 조절 가스를 공급하는 제 2 공급 부재;를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 압력 조절 유닛은,
상기 제 1 배기관의 내부 압력을 측정할 수 있는 제 1 압력 측정 부재; 및
상기 제 2 배기관의 내부 압력을 측정할 수 있는 제 2 압력 측정 부재;를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 압력 조절 유닛은,
상기 제 1 압력 측정 부재 및 상기 제 2 압력 측정 부재로부터 측정된 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력에 따라 상기 제 1 공급 부재 및 상기 제 2 공급 부재의 압력 조절 가스의 공급량을 조절하는 제어기를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 공급 부재 및 상기 제 2 공급 부재는, 각각 질량 유량 제어기(MFC:Mass Flow Controller)를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 3 항에 있어서,
제 1 가스는 상기 제 1 배기관을 통해서 배기되고,
상기 제 1 가스와 상이한 제 2 가스는 상기 제 2 배기관을 통해서 배기되는 기판 처리 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 가스는, 기판 처리 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 가스이고,
상기 제 2 가스는, 상기 챔버 내부의 세정 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 가스인 기판 처리 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 가스는 암모니아(NH3)가스를 포함하고,
상기 제 2 가스는 염소(Cl2)가스를 포함하는 기판 처리 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 압력 조절 가스는, 질소(N2)가스를 포함하는 기판 처리 장치. - 챔버 내부의 가스를 외부로 배기하는 방법에 있어서,
제 1 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 제 1 가스는 제 1 배기관을 통해 배기시키고, 제 1 공정과 상이한 제 2 공정 후 상기 챔버 내부에 잔류하는 제 2 가스는 상기 제 1 배기관과 상이한 제 2 배기관을 통해 배기시키되,
상기 제 1 가스 배기 후 상기 제 2 가스 배기 전 또는 상기 제 2 가스 배기 후 상기 제 1 가스 배기 전에 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 동일하게 조절하는 단계를 포함하는 배기 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 동일하게 조절하는 단계는, 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관 중 더 작은 압력 상태인 배기관에 압력 조절 가스를 공급하는 단계를 포함하는 배기 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 동일하게 조절하는 단계는,
상기 압력 조절 가스를 공급하는 단계 전에 상기 제 1 배기관 및 상기 제 2 배기관의 압력을 측정하는 단계를 포함하는 배기 방법. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 공정은, 공정 가스를 이용해 기판을 처리하는 공정이고,
상기 제 2 공정은, 세정 가스를 이용해 상기 챔버 내부를 세정하는 공정인 배기 방법. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 제 1 가스는 암모니아(NH3)가스를 포함하고,
상기 제 2 가스는 염소(Cl2)가스를 포함하는 배기 방법. - 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 압력 조절 가스는, 질소(N2)가스를 포함하는 배기 방법.
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| KR20180036851A (ko) * | 2016-09-30 | 2018-04-10 | 세메스 주식회사 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
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| KR20140050859A (ko) * | 2012-10-22 | 2014-04-30 | 세메스 주식회사 | 기판처리장치 |
| KR20140133608A (ko) * | 2012-03-09 | 2014-11-19 | 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드 | 분기형 펌핑 방법, 장치, 및 시스템 |
-
2014
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Patent Citations (4)
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