KR101103297B1 - 원료 공급 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 원료 공급 유닛은 원료물질의 양을 조절하는 원료 유량 조절부, 원료 유량 조절부 전단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로 상기 원료물질을 공급하는 제 1 원료 공급 라인, 일단이 원료 유량 조절부와 연결되어, 상기 원료 유량 조절부로부터 원료물질을 공급받는 제 2 원료 공급 라인, 적어도 원료 유량 조절부 전단에 배치된 상기 제 1 원료 공급 라인을 둘러싸도록 설치되고, 열전소자를 구비하여, 적어도 상기 제 1 원료 공급 라인 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 포함한다.
따라서 본 발명의 실시예들에 의하면 상온의 공정원료가 원료 유량 조절부(LMFC)로 공급됨에 따라, 작업자가 원하는 공정원료의 양을 용이하게 조절할수 있다. 따라서, 작업자가 원하는 두께 및 특성의 박막을 기판 상에 형성할 수 있다.

Description

원료 공급 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치{UNIT FOR SUPPLYING SOURCE and SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS FOR HAVING THE SAME}
본 발명은 원료 공급 라인의 온도를 용이하게 조절할 수 있는 원료 공급 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
액상 원료를 기화시켜 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치는 챔버, 챔버 내에 배치되어 기판을 지지하는 기판 안치 수단, 기판 안치 수단의 상부에 대응 배치되어 공정원료를 분사하는 샤워헤드, 공정원료가 저장된 원료탱크, 원료탱크와 샤워헤드 사이를 연결하도록 배치되어 상기 원료탱크의 공정원료를 기화시켜 챔버 내부에 배치된 샤워헤드로 공급하는 원료 가스 공급부를 포함한다. 여기서, 원료 가스 공급부는 챔버 내부에 배치된 샤워헤드로 공급되는 공정원료의 양을 제어하는 액상 원료 유량 조절부(LMFC: Liquid Mass Flow Controller), 액상 상태의 공정원료를 가열하여 기화시키는 기화기, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인을 포함한다. 여기서, 제 1 원료 공급 라인의 일단은 원료탱크에 연결되고 타단은 원료 유량 조절부(LMFC)에 연결되며, 제 2 원료 공급 라인의 일단은 원료 유량 조절부(LMFC)에 연결되고 타단은 기화기에 연결된다. 또한, 제 3 원료 공급 라인(443)의 일단은 기화기에 연결되고 타단은 챔버 내부에 배치된 샤워헤드에 연결된다. 이에, 원료탱크의 액상의 공정원료는 제 1 원료 공급 라인, 원료 유량 조절부(LMFC) 및 제 2 원료 공급 라인을 거쳐 기화기로 전달되고, 상기 기화기에서는 액상의 공정원료를 가열하여 기화시킨다. 그리고 기화된 공정원료는 제 3 원료 공급 라인을 통해 샤워헤드로 이동하고, 이후 샤워헤드를 통해 챔버 내로 분사된다.
한편, 원료탱크의 액상의 공정원료는 전술한 바와 같이 제 1 원료 공급 라인을 통해 액상 원료 유량 조절부(LMFC)로 이동한다. 그리고 상기 액상 원료 유량 조절부(LMFC)에 의해 그 양이 조절되고, 제 2 원료 공급 라인을 통해 기화기로 공급된다. 이때, 제 1 원료 공급 라인은 기화기에 의한 복사열에 의해 상온 이상의 온도로 가열된다. 이에, 원료탱크의 액상의 공정원료가 제 1 원료 공급 라인을 공급되면 상기 공정원료가 상온 이상의 온도로 가열되고, 그대로 액상 원료 유량 조절부(LMFC)로 공급된다. 하지만, 액상의 공정원료가 고온을 유지할 경우, 액상 원료 유량 조절부(LMFC)에서는 상기 공정원료의 양을 정확하게 제어할 수 없다. 이에, 작업자가 원하는 양을 기화기 및 챔버 내에 배치된 샤워헤드로 공급하는데 문제가 발생되고, 원하는 특성을 가지는 박막을 형성하기 어려운 단점이 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 원료 공급 라인의 온도를 용이하게 조절할 수 있는 원료 공급 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 일 기술적 과제는 공정챔버 내로 공급되는 원료물질의 양을 용이하게 조절할 수 있는 원료 공급 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 원료 공급 유닛은 원료물질의 양을 조절하는 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로 상기 원료물질을 공급하는 제 1 원료 공급 라인, 일단이 상기 원료 유량 조절부와 연결되어, 상기 원료 유량 조절부로부터 원료물질을 공급받는 제 2 원료 공급 라인, 적어도 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치된 상기 제 1 원료 공급 라인을 둘러싸도록 설치되고, 열전소자를 구비하여, 적어도 상기 제 1 원료 공급 라인 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 포함한다.
상기 온도 조절 수단은 상기 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부의 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인 및 상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치된 제 2 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 원료물질은 액상 상태의 물질을 사용하는 것이 효과적이다.
상기 온도 조절 수단은 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 제 1 하우징, 상기 제 1 하우징 상에 배치된 복수의 열전소자, 상기 열전소자 상측에 배치되며 내측에 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관이 설치된다.
상기 제 1 하우징 상에 배치되며, 상기 복수의 열전소자와 대응하는 복수이 개구부가 마련된 고정부재가 배치된다.
상기 고정부재의 복수의 개구부로 복수의 열전소자가 삽입됨으로써, 상기 복수의 열전소자가 제 1 하우징 상에 고정 배치된다.
상기 고정부재는 압축 고무(rubber)를 이용하여 제작되는 것이 효과적이다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 원료물질의 양을 조절하는 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로 상기 원료물질을 공급하는 제 1 원료 공급 라인, 상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로부터 원료물질을 공급받는 제 2 원료 공급 라인, 적어도 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치된 상기 제 1 원료 공급 라인을 둘러싸도록 설치되어, 상기 제 1 원료 공급 라인을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단을 구비하는 원료 공급 유닛, 상기 원료 공급 유닛의 제 2 원료 공급 라인으로부터 원료물질을 공급받아 내부에 기화된 원료물질을 분사하여 기판을 처리하는 샤워헤드가 마련된 공정챔버를 포함한다.
상기 온도 조절 수단은 상기 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부의 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인 및 상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치된 제 2 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치된다.
상기 제 1 원료 공급 라인으로 공급되는 상기 원료물질은 기판을 처리하는 액상 상태의 공정원료 및 제 1 원료 공급 라인과 제 2 원료 공급 라인 내부를 세정하는 액상 상태의 세정원료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 원료 공급 라인과 샤워헤드 사이에 상기 공정원료를 가열하여 기화시키는 기화기가 마련된다.
상기 온도 조절 수단은 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 제 1 하우징, 상기 제 1 하우징 상에 배치된 복수의 열전소자, 상기 열전소자 상측에 배치되며 내측에 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관이 설치되는 제 2 하우징을 포함한다.
상기 온도 조절 수단은 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 몸체, 상기 몸체 내에 설치되어 내측으로 냉매가 흐르는 냉매 공급 파이프, 상기 몸체 내에 설치되어 상기 하우징을 가열하는 히터를 포함한다.
본 발명에 따른 제어 방법은 원료물질의 양을 조절하는 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로 상기 원료물질을 공급하는 제 1 원료 공급 라인, 상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로부터 원료물질을 공급받는 제 2 원료 공급 라인, 적어도 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치된 상기 제 1 원료 공급 라인을 둘러싸도록 설치되어, 상기 제 1 원료 공급 라인을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단을 구비하는 원료 공급 유닛, 상기 원료 공급 유닛의 제 2 원료 공급 라인으로부터 원료물질을 공급받아 내부에 기화된 원료물질을 분사하여 기판을 처리하는 샤워헤드가 마련된 공정챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 원료 공급 라인으로 기판을 처리하는 공정원료를 공급할 때, 상기 온도 조절 수단을 이용하여 상기 제 1 원료 공급 라인을 냉각시키고, 상기 제 1 및 제 2 원료 공급 라인의 세정 공정을 위한 세정원료를 제 1 원료 공급 라인으로 공급할 때, 상기 온도 조절 수단을 이용하여 상기 제 1 원료 공급 라인을 가열한다.
상기 온도 조절 수단이 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 제 1 하우징, 상기 제 1 하우징 상에 배치된 복수의 열전소자 및 상기 열전소자 상측에 배치되며 내측에 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관이 설치되는 제 2 하우징으로 구성될 때, 상기 열전소자의 하부에서 흡열 현상이 발생되도록 하여 상기 열전소자의 하부와 접속된 제 1 하우징을 냉각시켜, 상기 제 1 하우징 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 냉각시킴으로써, 상기 제 1 원료 공급 라인을 통해 원료 유량 조절부로 공급되는 기판 처리 공정을 위한 공정원료가 상온이 되도록 냉각시키고, 상기 열전소자의 하부에서 발열 현상이 발생되도록 하여 상기 열전소자의 하부와 접속된 제 1 하우징을 가열시켜, 상기 제 1 하우징 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 가열시킴으로써, 상기 제 1 및 제 2 원료 공급 라인의 세정을 위해 제 1 원료 공급 라인으로 흐르는 세정원료를 가열하여 기화시킨다.
상기 열전소자의 하부에서 흡열 현상이 발생되도록 하여 상기 열전소자의 하부와 접속된 제 1 하우징을 냉각시킬 때, 상기 열전소자의 상부에 배치된 냉매 공급 배관으로 냉매를 공급한다.
상기 온도 조절 수단이 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 몸체, 상기 몸체 내에 설치되어 상기 몸체를 가열시키는 히터, 상기 몸체 내에 설치되어 내측으로 냉매가 흐르는 냉매 공급 파이프로 구성될 때, 상기 냉매 공급 파이프로 냉매를 공급하여 몸체를 냉각시켜, 상기 몸체 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 냉각시킴으로써, 상기 제 1 원료 공급 라인을 통해 원료 유량 조절부로 공급되는 기판 처리 공정을 위한 공정원료가 상온이 되도록 냉각시키고, 상기 히터를 이용하여 몸체를 가열시켜, 상기 몸체 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 가열시킴으로써, 상기 제 1 및 제 2 원료 공급 라인의 세정을 위해 제 1 원료 공급 라인으로 흐르는 세정원료를 가열하여 기화시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 원료 유량 조절부(LMFC) 전단에 배치된 원료 공급 라인의 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 설치한다. 여기서, 온도 조절 수단은 기판 처리 공정을 실시하기 위해 액상의 공정원료를 공급할 때, 원료 유량 조절부(LMFC)로 공급되는 공정원료의 온도가 상온이 되도록 조절한다. 이로 인해, 상온의 공정원료가 원료 유량 조절부(LMFC)로 공급됨에 따라, 작업자가 원하는 공정원료의 양을 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 작업자가 원하는 두께 및 특성의 박막을 기판 상에 형성할 수 있다.
또한, 온도 조절 수단은 원료 공급 라인의 세정 공정 위해 세정원료를 상기 원료 공급 라인으로 공급할 때, 상기 세정원료의 온도가 세정 공정 온도가 되도록 조절한다. 즉, 원료 공급 라인을 가열시켜, 상기 원료 공급 라인 내로 흐르는 세정원료를 기화시킨다. 이때, 기화된 세정원료는 원료 공급 라인 내의 잔여물과 함께 퍼지되고, 이로 인해 상기 원료 공급 라인이 세정된다. 이와 같이 원료 공급 라인의 세정공정 시에 상기 원료 공급 라인을 가열시킴으로써, 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 이와 같이 원료 공급 라인을 냉각 및 가열하는 온도 조절 수단을 설치함으로써, 빠른 속도로 온도 변환이 가능하다. 즉, 공정원료가 원료 유량 조절부로 공급될 때의 상온의 온도와 세정원료가 원료 공급 라인의 세정을 위해 가열되는 온도 사이에서의 빠른 변환이 가능하다. 특히, 온도 조절 수단을 통해 원료 공급 라인이 고온에서 저온으로 빠르게 변환될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개념도
도 2는 제 1 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치된 제 1 실시예에 따른 온도 조절 수단을 설명하기 위해 도시한 단면도
도 3은 도 2는 제 1 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치된 제 1 실시예에 따른 온도 조절 수단의 사시도
도 4 및 도 5는 제 1 실시예에 따른 열전소자를 도시한 단면도
도 6은 제 1 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치된 제 2 실시예에 따른 온도 조절 수단을 설명하기 위해 도시한 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부공간을 가지는 공정챔버(100), 공정챔버(100) 내부로 기화된 원료물질을 공급하는 원료 공급 유닛(400), 공정챔버(100) 내부로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부(600), 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부(500)를 포함한다. 여기서 원료물질은 공정챔버(100) 내부에 배치된 기판(s)을 처리하는 공정원료 및 후술되는 제 1 원료 공급 라인(441) 및 제 2 원료 공급 라인(442) 내부를 세정하는 세정원료일 수 있다.
공정챔버(100)는 내부가 비어있는 사각통 형상으로 제작되며, 내부에 기판(S)을 처리할 수 있는 소정의 반응공간이 마련된다. 실시예에서는 공정챔버(100)를 사각 통 형상으로 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)의 형상에 대응되도록 제작하는 것이 바람직하다. 이러한 공정챔버(100) 내부에는 기판(S)이 안치되는 기판 안치 수단(200) 및 기판 안치 수단(200)과 대향 배치되어 소정의 원료 가스, 반응가스 및 퍼지가스와 같은 다수의 가스를 분사하는 샤워헤드(300)가 설치된다. 그리고 도시되지는 않았으나, 공정챔버(100) 일측에는 기판(S)이 출입하는 기판 출입구가 설치되고, 다른 일측에는 공정챔버(100) 내부를 배기하는 배기부가 마련된다. 여기서, 기판 안치 수단(200)은 공정챔버(100) 내부의 하측에 설치되어, 상기 공정챔버(100) 내부로 이동한 기판(S)을 지지한다. 이러한 기판 안치 수단(200)은 정전기력을 이용하여 기판(S)을 지지하는 정전척 또는 진공 흡입력을 이용하여 기판(S)을 지지하는 진공척 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 기판(S)을 지지할 수 있는 다양한 수단이 설치될 수 있다. 또한, 실시예에서는 그 단면이 사각형인 형상으로 기판 안치 수단(200)을 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)과 대응하는 다양한 형상으로 기판(S) 지지 수단을 제작할 수 있다. 그리고 이러한 기판 안치 수단(200)에는 도시되지는 않았지만, 상기 기판(S)을 가열하는 가열 수단(미도시)이 설치될 수 있다. 그리고 샤워헤드(300)는 기판 안치 수단(200)의 상측에 대응 배치되어, 공정챔버(100) 내부에 공정원료, 반응가스 및 퍼지가스를 분사한다. 이러한 공정챔버(100)에서는 예를 들어, 원료물질의 흡착, 퍼지, 반응가스 공급, 퍼지를 반복하는 원자층증착(ALD) 공정을 실행할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 공정챔버(100)에서는 다양한 기판 처리 공정이 실행될 수 있다.
원료 공급 유닛(400)은 공정챔버(100)로 공정원료 및 세정원료과 같은 원료물질을 공급한다. 이러한 원료 공급 유닛(400)은 공정원료 저장부(410a) 및 세정원료 저장부(410b)를 구비하는 원료 공급 수단(410), 원료 공급 수단(410)과 이격 배치되어 공정원료의 유량을 조절하는 원료 유량 조절부(LMFC: Liquid Mass Flow Controller)(420), 원료 유량 조절부(LMFC)(420)와 이격 배치되어 공정원료를 기화시키는 기화기(430), 일단이 원료 공급 수단(410)에 연결되고 타단이 원료 유량 조절부(LMFC)(420)에 연결된 제 1 원료 공급 라인(441), 제 1 원료 공급 라인(441)의 적어도 일부를 둘러 싸도록 배치되어 상기 제 1 원료 공급 라인(441)의 온도를 조절하는 온도 조절 수단(450), 일단이 원료 유량 조절부(LMFC)(420)에 연결되고 타단이 기화기(430)에 연결된 제 2 원료 공급 라인(442), 일단이 기화기(430)에 연결되고 타단이 공정챔버(100)의 샤워헤드(300)와 연결된 제 3 원료 공급 라인(443)을 포함한다. 여기서, 원료 공급 수단(410)은 액상의 공정원료가 저장된 공정원료 저장부(410a), 일단이 공정원료 저장부(410a)와 연결되고 타단이 제 1 원료 공급 라인(441)에 연결된 공정원료 공급관(410c), 세정원료가 저장된 세정원료 저장부(410b), 일단이 세정원료 저장부(410b)와 연결되고 타단이 제 1 원료 공급 라인(441)에 연결된 세정원료 공급관(410d)을 포함한다. 여기서 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)은 내부공간이 마련된 파이프 형상으로 제작될 수 있다. 그리고 실시시예에서는 SUS를 이용하여 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)을 제작한다. 물론 이에 한정되지 않고 열 전도율이 우수한 다양한 재료를 이용하여 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)을 제작할 수 있다. 그리고 실시예에서는 원자층증착(ALD) 공정을 이용하여 기판(S) 상에 ZrO2 박막을 형성한다. 이에, 공정원료 저장부(410a)에 저장된 공정원료로 액상 상태의 TEMAZ(tetrakis methylethylamino zirconium)를 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 기판(S) 상에 형성하고자 하는 다양한 공정원료를 사용할 수 있다. 그리고 세정원료는 기판(S) 처리 공정이 종료된 후, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443) 내부를 세정하기 위한 원료로써, 실시예에서는 예를 들어, 핵산 또는 에탄올과 같은 물질을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443) 내부를 세정시킬 수 있는 다양한 물질을 세정원료로 사용할 수 있다.
또한, 공정원료 공급관(410c)에는 제 1 밸브(V1)가 설치되어 공정원료 저장부(410a)와 제 1 원료 공급 라인(441) 간의 연통을 제어하고, 세정원료 공급관(410D)에는 제 2 밸브(V2)가 설치되어 세정원료 저장부(410b)와 제 2 원료 공급 라인(442) 간의 연통을 제어한다. 그리고, 제 2 원료 공급 라인(442)에는 제 3 밸브(V3)가 설치되어 원료 유량 조절부(LMFC)(420)와 기화기(430) 간의 연통을 제어하고, 제 3 원료 공급 라인(443)에는 제 4 밸브(V4)가 설치되어 기화기(430)와 샤워헤드(300) 간의 연통을 제어한다.
도 2는 제 1 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치된 제 1 실시예에 따른 온도 조절 수단을 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2는 제 1 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치된 제 1 실시예에 따른 온도 조절 수단의 사시도이다. 도 4 및 도 5는 제 1 실시예에 따른 열전소자를 도시한 단면도이다.
온도 조절 수단(450)은 제 1 원료 공급 라인(441) 내부로 흐르는 공정원료 및 세정원료의 온도를 조절하는 역할을 한다. 예컨데, 기판(S) 처리 공정을 위해 공정원료 저장부(410a)의 원료를 제 1 원료 공급 라인(441), 원료 유량 조절부(LMFC)(420) 및 제 2 원료 공급 라인(442)을 통해 기화기(430)로 공급한 후, 이를 기화시킨다. 이때, 기화기(430)는 액상의 공정원료를 기화시키기 위해 가열된 상태이다. 이러한 기화기(430)의 복사열에 의해 상기 기화기(430)와 접속된 제 2 원료 공급 라인(442), 원료 유량 조절부(LMFC)(420) 및 제 1 원료 공급 라인(441)이 가열되어 상온 이상의 온도를 유지한다. 따라서, 액상 공정원료의 유량을 용이하게 제어하기 위하여, 온도 조절 수단(450)을 이용하여 상기 원료 유량 조절부(LMFC)(420) 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각킨다. 이때, 제 1 원료 공급 라인(441)으로 흐르는 공정원료의 온도가 상온 예를 들어, 20℃ 내지 25℃가 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 이는 액상의 공정원료가 상온을 유지한 상태로 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 공급되어야, 정확한 양을 측정할 수 있기 때문이다. 제 1 실시예에 따른 온도 조절 수단(450)을 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각시키는 방법에 대한 상세한 설명은 하기에서 하기로 한다. 또한, 기판(S) 처리 공정이 종료된 후, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정을 용이하게 실시하기 위해서는 세정원료를 가열하여 기화시키는 것이 효과적이다. 이에, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정을 위하여 세정원료가 제 1 원료 공급 라인(441)에 공급될 때, 온도 조절 수단(450)을 이용하여 상기 세정원료를 가열한다. 이때, 실시예에서는 핵산 또는 에탄올을 세정원료로 사용하므로, 60℃ 내지 80℃가 되도록 세정원료를 가열하여 기화시킨다. 이와 같이 기화된 세정원료는 제 1 원료 공급 라인(441), 제 2 원료 공급 라인(442) 및 제 3 원료 공급 라인(443)을 거쳐 이동하면서, 상기 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 잔여물과 함께 퍼지된다.
상기에서는 원료 유량 조절부(LMFC)(420) 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인(441)을 둘러 싸도록 온도 조절 수단(450)이 배치되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 기화기(430) 전단에 온도 조절 수단이 배치될 수도 있다. 즉, 기화기(430) 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인(441), 원료 유량 조절부(LMFC)(420), 제 3 밸브(V3) 및 제 2 원료 공급 라인(442)를 둘러 싸도록 온도 조절 수단(450)이 설치될 수 있다.
이와 같이 제 1 원료 공급 라인(441)은 온도 조절 수단(450)에 의해 기판(S) 처리 공정 시에 공정원료가 상온이 되도록 냉각하고, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정 공정 시에 세정원료가 세정 공정 온도가 되도록 가열된다. 이러한 온도 조절 수단(450)은 도 2 및 도3에 도시된 바와 같이, 내측에 제 1 원료 공급 라인(441)의 적어도 일부가 설치되는 제 1 하우징(451), 제 1 하우징(451)의 상에서 일방향으로 나열되어 이격 배치되는 복수의 열전소자(453), 복수의 열전소자(453) 상측에 배치되며, 내측에 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관(454)이 설치되는 제 2 하우징(455)을 포함한다. 또한, 제 1 하우징(451) 상에 배치되어 복수의 열전소자(453)를 제 1 하우징(451) 상에 고정시키는 고정부재(459)를 포함한다. 여기서, 제 1 및 제 2 하우징(451, 455)는 열전도율이 우수한 금속 재료를 이용하여 제작되는 것이 효과적이다. 그리고 제 1 원료 공급 라인(441)의 일단은 제 1 하우징(451) 외부로 돌출되어 원료 공급 수단(410)의 증착원료 공급관(410c) 및 세정원료 공급관(410d)과 연결되고, 타단은 원료 유량 조절부(LMFC)(420)와 연결된다. 또한, 냉매 공급 배관(454)의 일단 및 타단 각각은 제 2 하우징(455)의 외부로 돌출되어 냉매 공급부(미도시) 및 냉매 회수부(미도시)와 각기 연결된다.
여기서 제 1 하우징(451)은 판 형상으로 제작되며, 내측에는 제 1 원료 공급 라인(441)의 적어도 일부가 삽입되는 제 1 홈(451a)이 설치된다. 그리고 이러한 제 1 하우징(451)의 상부에 복수의 개구부가 마련된 고정부재(459)가 마련되는데, 상기 고정부재(459)는 압축 고무를 이용하여 제작된다. 이때, 고정부재(459)의 복수의 개구부로 복수의 열전소자가 삽입된다. 제 2 하우징(455)은 판 형상으로 제작된 몸체(455a), 몸체(455a)의 상측을 커버하는 커버(455b)를 포함한다. 그리고 제 2 하우징(455)의 몸체(455a)는 냉매 공급 배관(454)가 삽입되는 제 2 홈(455c)가 마련된다. 여기서, 복수의 열전소자(453)의 하부면과 제 1 하우징(451)의 상부가 접속되므로, 상기 열전소자(453)의 하부면의 온도가 제 1 하우징(451)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 전달된다. 이때, 복수의 열전소자(453)의 열이 판형상으로 제작되어 표면적이 넓은 제 1 하우징(451)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 전달되므로, 상기 복수의 열전소자(453)의 온도가 제 1 원료 공급 라인(441)으로 용이하게 전달된다. 그리고 전술한 바와 같이 제 1 하우징(451)과 제 2 하우징(455) 사이에 복수의 열전소자(453)을 고정시키는 고정부재(459)가 배치된다. 이때 고정부재(459)는 전술한 바와 같이 압축 고무를 이용하여 제작되므로, 복수의 열전소자(453)의 상부에 제 2 하우징(455)이 배치되더라도, 상기 제 2 하우징(455)에 의한 하중에 의해 손상되지 않는다. 또한, 복수의 열전소자(453)의 상측에 판 형상으로 제작된 몸체(455a) 및 이를 커버하는 커버(455b)가 배치되고, 상기 몸체(455a) 내부에는 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관(454)가 설치된다. 즉, 복수의 열전소자(453)의 상부면과 판 형상의 제 2 하우징(455)의 하부면이 접촉된다. 이에, 복수의 열전소자(453)의 하부면이 흡열하고 상부면이 발열할 때, 제 2 하우징(455) 내에 배치된 냉매 공급 배관(454)로 냉매를 공급함으로써, 상기 복수의 열전소자(453)으로부터 발생되는 열을 용이하게 흡수할 수 있다. 이는 복수이 열전소자(453)가 표면적이 넓은 제 2 하우징(455)의 하부면에 의해 전달되기 때문이다.
열전소자(453)는 전원이 인가됨에 따라, 일측에서는 흡열 현상이 나타나고, 타측에서는 발열 현상이 나타나는 펠티어(peltier) 효과를 이용한 소자이다. 이러한 열전소자(453)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 이격 배치된 상부 및 하부몸체(453a-1, 453a-2), 상부몸체(453a-1)의 하부에 형성된 상부 절연체막(453b-1), 하부몸체(453a-2) 상부에 형성된 하부 절연체막(453b-2), 상부 절연체막(453b-1)의 하부에서 일정 거리 이격되도록 형성된 복수의 상부 도전체막(453c-1), 하부 절연체막(453b-2)의 상부에서 일정 거리 이격되도록 형성된 복수의 하부 도전체막(453c-2), 상부 도전체막(453c-1)과 하부 도전체막(453c-2) 사이에서 교대로 직렬 연결된 n형 반도체(453d-1) 및 p형 반도체(453d-2)를 포함한다. 또한, n형 반도체(453d-1)막과 접속된 하부 도전체막(453c-2)의 일단과 연결된 제 1 단자(453e-1)와, p형 반도체(453d-2)막과 접속된 하부 도전체막(453c-2)의 일단과 연결된 제 2 단자(453e-2), 제 1 단자(453e-1)와 제 2 단자(453e-2) 각각에 전원을 공급하는 전원 공급부(453f)를 포함한다. 이러한 열전소자(453)의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 단자(453e-1)가 양극에 연결되고, 제 2 단자(453e-2)가 음극에 연결되어 있을 때, 전원 공급부(453f)를 통해 제 1 단자(453e-1) 및 제 2 단자(453e-2)에 전원을 인가하면, 전류는 시계 방향으로 흐르고 전자는 반사계 방향으로 흐른다. 이때, n형 반도체(453d-1)의 운반자인 전자는 전류의 반대 방향으로 흐르게 되고, 이에 상부몸체(453a-1)에서 하부몸체(453a-2) 쪽으로 열을 전달하게 된다. 따라서, 상부몸체(453a-1) 주위에서 열을 흡수하는 흡열 현상이 발생되고 반대로 하부몸체(453a-2) 주의에서는 발열 현상이 발생된다. 물론, 전원의 극성을 반대로 연결하면 이와 반대의 경우도 가능하다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 단자(453e-1)가 음극에 연결되고, 제 2 단자(453e-2)가 양극에 연결되어 있을 때, 전원 공급부(453f)를 통해 제 1 단자(453e-1) 및 제 2 단자(453e-2)에 전원을 인가하면, 전류는 반시계 방향으로 흐르고 전자는 시계 방향으로 흐른다. 이때, n형 반도체(453d-1)의 운반자인 전자는 전류의 반대 방향으로 흐르게 되고, 이에 하부몸체(453a-2)에서 상부몸체(453a-1) 쪽으로 열을 전달하게 된다. 따라서, 하부몸체(453a-2) 주위에서 열을 흡수하는 흡열 현상이 발생되고, 반대로 상부몸체(453a-1) 주위에서는 발열 현상이 발생된다. 이와 같은 열전소자(453)를 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441) 냉각 및 가열한다.
여기서, 전술한 바와 같이 복수의 열전소자(453)는 제 1 하우징(451)의 상부에 설치되며, 제 1 하우징(451)의 내측에는 제 1 원료 공급 라인(441)이 설치된다. 또한, 도시되지는 않았지만 제 1 하우징(451)의 내측에 상기 하우징(451)을 가열시키는 별도의 가열부재가 설치될 수 있다. 이때, 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)가 제 1 하우징(451)의 상부와 접속되므로, 하부몸체(453a-2)의 발열 또는 흡열에 따라 제 1 원료 공급 라인(441) 내부의 공정원료가 냉각되거나 세정원료가 가열된다. 즉, 기판(S) 처리 공정을 위해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 공정원료를 공급할 경우, 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)가 흡열된다. 이에, 상기 하부몸체(453a-2)의 온도가 제 1 하우징(451)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)로 전달되어 이를 냉각시킨다. 이때, 복수의 열전소자(453)의 저온의 온도가 표면적이 넓은 제 1 하우징(451)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)로 전달됨에 따라, 상기 제 1 원료 공급 라인(441)을 용이하게 냉각시킬 수 있다. 이에, 상기 제 1 원료 공급 라인(441)으로 공급된 공정원료가 용이하게 냉각된다. 그리고 복수의 열전소자(453)의 하부가 흡열할 때, 상기 복수의 열전소자(453)의 상부는 발열한다. 이에, 실시예에서는 제 2 하우징(455)의 내측에 배치된 냉매 공급 배관(454)로 냉매를 공급하여, 복수의 열전소자(453)으로부터 발생된 열을 냉각시킨다. 이로 인해, 열전소자(453)의 상부몸체(453a-1)의 열이 냉매 공급 배관(454)이 배치된 방향으로 전달된다. 따라서, 제 1 원료 공급 라인(441) 내부의 공정원료를 빠르게 냉각시킬 수 있다. 이때, 전술한 바와같이 복수의 열전소자(453)의 상부에 표면적이 넓은 제 2 하우징(455)이 배치되어 있으므로, 상기 복수의 열전소자(453)의 열은 제 2 하우징(455)을 통해 용이하게 냉각된다. 반대로, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정 공정을 위해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 세정원료를 공급할 경우, 복수의 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)를 발열시킨다. 즉, 제 1 하우징(451) 상부에 배치된 복수의 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)가 발열이 되도록 한다. 이로 인해, 제 1 원료 공급 라인(441)이 가열되어, 상기 제 1 원료 공급 라인(441) 내부로 흐르는 세정원료를 기화시킬 수 있다. 또한, 제 1 하우징(451) 내측에 별도의 가열수단(미도시)이 설치되는 경우, 복수의 열전소자(453)과 함께, 상기 가열수단(미도시)를 이용하여 제 1 하우징(451)을 가열할 수도 있다.
상기에서는 제 2 하우징(455)의 내측에 냉매 공급 배관(454)을 설치함으로써, 상기 제 2 하우징(455) 하부에 배치된 복수의 열전소자(453)의 상부로부터 발생되는 열을 냉각시킨다. 하지만 이에 한정되지 않고, 다양한 냉각 수단이 사용될 수 있는데 예를 들어, 복수의 블레이드(미도시)가 회전하는 팬(fan)이 설치될 수 있다.
반응가스 공급부(500)는 반응가스가 저장된 반응가스 저장부(510), 일단이 반응가스 저장부(510)에 연결되고 타단이 공정챔버(100)의 샤워헤드(300)에 연결된 반응가스 공급관(520)을 포함한다. 또한, 반응가스 공급관(520)에 제 5 밸브(V5)가 설치되어 반응가스 저장부(510)와 샤워헤드(300) 간의 연통을 제어한다. 여기서 실시예에서는 전술한 바와 같이 기판(S) 상에 ZrO2 박막을 형성하므로, 반응가스로 산소가 함유된 가스, 예를 들어 오존(O3)를 사용한다. 퍼지가스 공급부(600)는 퍼지가스가 저장된 반응가스 저장부(510), 일단이 퍼지가스 저장부(610)에 연결되고 타단이 공정챔버(100)의 샤워헤드(300)에 연결된 퍼지가스 공급관(620)을 포함한다. 또한, 퍼지가스 공급관(620)에 제 6 밸브(V6)가 설치되어 반응가스 저장부(510)와 샤워헤드(300) 간의 연통을 제어한다. 실시예에따른 퍼지가스로 Ar을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 다양한 불활성 가스를 퍼지가스로 사용할 수 있다.
도 6은 제 1 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치된 제 2 실시예에 따른 온도 조절 수단을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 온도 조절 수단(450)은 내측에 제 1 원료 공급 라인(441)의 일부가 삽입되는 몸체(456), 몸체(456) 내부에 일부가 삽입되며 냉매가 흐르는 유로 역할을 하는 냉매 공급 파이프(457), 몸체(456) 내부에 설치되어 상기 몸체(456)를 가열하는 히터(458)을 포함한다. 여기서, 냉매 공급 파이프(457)의 일단 및 타단 각각은 몸체(456) 외부로 돌출되어 냉매 공급부 및 냉매 회수부와 연결된다. 이러한 온도 조절 수단(450)을 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441)의 온도를 조절하는 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다. 기판(S) 처리 공정을 위해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 공정원료를 공급할 경우, 상기 공정원료의 정확한 양을 측정하기 위하여 상기 공정원료를 상온으로 냉각시켜야 한다. 이를 위해, 냉매 공급부를 이용하여 냉매 공급 파이프(457)에 냉매를 공급한다. 이에, 냉매의 온도가 몸체(456)를 통해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 전달되어, 공정원료를 냉각시킨다. 이때, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 공급되는 공정원료의 온도가 20℃ 내지 25℃가 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정을 위해서 상기 제 1 원료 공급 라인(441)으로 세정원료를 공급할 경우, 상기 세정원료의 온도를 세정공정 온도로 가열시켜야 한다. 이를 위해, 히터(458)에 전원을 인가한다. 이에, 히터(458)의 열이 몸체를 통해 원료 공급 라인으로 전달되어, 세정원료를 세정 공정 온도로 가열한다. 이때 세정원료가 60℃가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
상기에서는 몸체(456) 및 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각시키는 냉각 수단으로 냉매가 공급되는 냉매 공급 파이프(457)을 사용하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 도시되지는 않았지만, 복수의 블레이드(미도시)가 회전하는 팬(fan)을 냉각수단으로 사용할 수도 있다.
하기에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 원료 공급 유닛(400)를 이용하여 공정챔버(100)의 샤워헤드(300)에 기화된 공정원료를 공급한다. 이를 위해 먼저 공정원료 저장부(410a)의 액상의 공정원료를 공정원료 공급 배관(410c)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 공급한다. 실시예서는 액상의 공정원료로 예를들어, TEMAZ(tetrakis methylethylamino zirconium)를 사용한다. 제 1 원료 공급 라인(441)으로 액상의 공정원료가 공급되면, 온도 조절 수단(450)을 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441) 내부로 공급된 액상의 공정원료를 냉각시킨다. 이때, 제 1 원료 공급 라인(441)으로 공급된 액상의 공정원료가 상온 예를 들어, 20℃ 내지 25℃의 온도가 되도록 조절한다. 이는 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 상온 상태의 공정원료가 공급되도록 함으로써, 기화기(430)로 공급되는 공정원료의 양을 용이하게 제어할 수 있도록 하기 위함이다. 하기에서는 열전소자(453)를 구비하는 제 1 실시예에 따른 온도 조절 수단(450)을 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각시키는 방법을 설명한다. 먼저 도 5에 도시된 바와 같이 n형 반도체(453d-1)와 연결된 제 1 단자(453e-1)를 음극에 연결하고, p형 반도체(453d-2)와 연결된 제 2 단자(453e-2)를 양극에 연결한다. 그리고, 전원 공급부(453f)를 통해 제 1 단자(453e-1) 및 제 2 단자(453e-2)에 전원을 인가하면, 전류는 반시계 방향으로 흐르고 전자는 시계 방향으로 흐른다. 이때, n형 반도체(453d-1)의 운반자인 전자는 전류의 반대 방향으로 흐르게 되고, 이에 하부몸체(453a-2)에서 상부몸체(453a-1) 쪽으로 열을 전달하게 된다. 이때, 그리고 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)는 제 1 하우징(451)의 상부와 접속되어 있고, 상기 제 1 하우징(451)의 내측에 제 1 원료 공급 라인(441)의 적어도 일부가 삽입되어 있다. 이에, 복수의 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)의 온도가 제 2 하우징(451)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)로 전달되어, 상기 제 1 원료 공급 라인(441) 내부로 흐르는 공정원료를 냉각시킨다. 한편, 복수의 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2) 주위에서 열을 흡수하는 흡열 현상이 나타나고, 반대로 상부몸체(453a-1) 주위에서는 발열 현상이 나타난다. 이때 상부몸체(453a-1) 주위에서 발생되는 열을 흡수하기 위하여, 복수의 열전소자(453) 상측에 배치된 냉매 공급 배관(454)으로 냉매를 공급한다. 이에, 열전소자(453)의 상부몸체(453a-1)에서 열이 발생되더라도, 냉매에 의해 그 열이 흡수된다. 따라서, 제 1 원료 공급 라인(441)을 빠를 속도로 냉각시킬 수 있다. 이때, 공정원료의 온도가 20℃ 내지 25℃가 되도록 공급되는 전원의 세기를 조절하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 공정원료는 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 공급되기 전, 20℃ 내지 25℃로 조절된다. 따라서, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 20℃ 내지 25℃의 공정원료가 공급됨에 따라, 상기 원료 유량 조절부(LMFC)(420)에서는 공정원료의 유량을 용이하게 조절할 수 있다. 이후, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)를 통과한 공정원료는 제 2 원료 공급 라인(442)을 통해 기화기(430)로 공급되고, 상기 기화기(430)에서 가열되어 기화된다. 이어서 기화된 공정원료는 제 3 원료 공급 라인(443)을 통해 공정챔버(100)의 샤워헤드(300)로 공급된다. 그리고 샤워헤드(300)를 통해 공정원료가 분사되어 기판(S) 상에 흡착된다.
이어서, 퍼지가스 공급부(600)를 이용하여 공정챔버(100)의 샤워헤드(300)에 퍼지가스를 공급하여 기판(S)에 흡착되지 않은 공정원료를 퍼지한다. 그리고, 반응가스 공급부(500)를 이용하여 공정챔버(100)의 샤워헤드(300)에 공정가스를 공급하여 기판(S) 상에 흡착된 공정원료와 반응가스를 반응시켜, 박막을 형성한다. 이때, 실시예에서는 반응가스로 O3를 사용하여 기판(S) 상에 ZrO2 박막을 형성한다. 이후, 퍼지가스 공급부(600)를 이용하여 샤워헤드(300)에 퍼지가스를 공급하여 미반응 가스 및 반응 부산물들을 퍼지한다. 그리고 이와 같은 공정원료의 흡착, 퍼지, 반응가스 공급, 퍼지 과정을 반복하여 기판(S) 상에 원하는 두께의 ZrO2 박막을 형성한다.
기판(S) 상에 원하는 두께의 ZrO2 박막이 형성되면, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443) 내부를 세정한다. 이를 위해, 먼저 세정원료 저장부(410b)의 세정원료를 세정원료 공급관(410d)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 공급하고 이를 가열하여 기화시킨다. 실시예에서는 세정원료로 액상의 핵산 및 에탄올 중 어느 하나를 사용하며, 온도 조절 수단(450)을 이용하여 세정원료를 세정 공정 온도 예를 들어, 60℃ 내지 80℃로 가열한다. 이를 위해 먼저 도 4에 도시된 바와 같이 n형 반도체(453d-1)와 연결된 제 1 단자(453e-1)를 양극에 연결하고, p형 반도체(453d-2)와 연결된 제 2 단자(453e-2)를 음극에 연결한다. 그리고, 전원 공급부(453f)를 통해 제 1 단자(453e-1) 및 제 2 단자(453e-2)에 전원을 인가하면, 전류는 시계 방향으로 흐르고 전자는 반시계 방향으로 흐른다. 이때, n형 반도체(453d-1)의 운반자인 전자는 전류의 반대 방향으로 흐르게 되고, 이에 상부몸체(453a-1)에서 하부몸체(453a-2) 쪽으로 열을 전달하게 된다. 이때, 그리고 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)는 제 1 하우징(451)의 상부와 접속되어 있고, 상기 제 1 하우징(451)의 내측에 제 1 원료 공급 라인(441)의 적어도 일부가 삽입되어 있다. 이에, 복수의 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)의 온도가 제 2 하우징(451)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)로 전달되어, 상기 제 1 원료 공급 라인(441) 내부로 흐르는 세정원료를 가열하여 기화시킨다. 또한, 예를 들어 전술한 바와 같이 제 1 하우징(451)의 내측에 별도의 가열부재(미도시)가 설치되는 경우, 상기 가열부재(미도시)에 전원을 공급하여 복수의 열전소자(453)과 함께 상기 제 1 하우징(451)을 가열한다. 이에, 제 1 하우징(451)의 열이 제 1 원료 공급 라인(441)로 전달되고, 이로 인해 제 1 원료 공급 라인(441) 내부의 세정원료가 가회된다. 이때, 전술한 바와 같이 제 1 원료 공급 라인(441)이 전술한 바와 같이 판 형상으로 제작되어 표면적이 넓은 제 1 하우징(451)의 내측에 삽입되어 있으므로, 상기 제 1 하우징(451)의 열이 제 1 원료 공급 라인(441)으로 용이하게 전달된다. 또한, 제 1 원료 공급 라인(441)의 가열 효율을 높이기 위하여, 추가적으로 복수의 열전소자(453)를 이용할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, n형 반도체(453d-1)와 연결된 제 1 단자(453e-1)에 양극을 연결하고, p형 반도체(453d-2)와 연결된 제 2 단자(453e-2)에 음극을 연결한다. 그리고, 전원 공급부(453f)를 통해 제 1 단자(453e-1) 및 제 2 단자(453e-2)에 전원을 인가하면, 전류는 시계 방향으로 흐르고 전자는 반시계 방향으로 흐른다. 이때, n형 반도체(453d-1)의 운반자인 전자는 전류의 반대 방향으로 흐르게 되고, 이에 상부몸체(453a-1)에서 하부몸체(453a-2) 쪽으로 열을 전달하게 된다. 따라서, 상부몸체(453a-1) 주위에서 열을 흡수하는 흡열 현상이 나타나고, 반대로 하부몸체(453a-2) 주위에서는 발열 현상이 나타난다. 이때, 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)는 제 1 하우징(451)의 상부와 접속되어 있다. 이에, 복수의 열전소자(453)의 하부몸체(453a-2)의 판 형상으로 제작되어 표면적이 넓은 제 1 하우징(451)을 통해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 용이하게 전달된다. 따라서, 제 1 원료 공급 라인(441) 내부로 흐르는 세정원료를 용이하게 가열하여 기화시킬 수 있다. 이때, 세정원료의 온도가 60℃ 내지 80℃가 되도록 공급되는 전원의 세기를 조절한는 것이 바람직하다. 따라서, 기화된 세정원료가 제 1 원료 공급 라인(441), 제 2 원료 공급 라인(442), 제 3 원료 공급 라인(443)으로 이동하고, 이때 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443) 내부의 잔여물과 함께 공정챔버(100) 내부로 이동하여 공정챔버(100) 내부로 이동한 후, 상기 공정챔버(100)에 연결된 배기부에 의해 외부로 퍼지된다.
상기에서는 열전소자(453)를 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각 및 가열하는 방법을 설명하였으나, 도 6에 도시된 제 2 실시예에 따른 온도 조절 수단(450)을 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각 및 가열시킬 수 있다. 이를 간략히 설명하면, 기판(S) 상에 공정원료를 흡착시키기 위하여 공정원료 공급 유닛(400)를 통해 제 1 원료 공급 라인(441)으로 공정원료를 공급한다. 이때, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 공정원료가 공급되기 전, 제 2 실시예에 따른 온도 조절 수단(450)을 이용하여 상기 공정원료를 상온이 되도록 조절한다. 즉, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)의 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각시켜, 상기 제 1 원료 공급 라인(441)으로 흐르는 공정원료를 냉각시킨다. 이를 위해 냉매 공급부(미도시)를 이용하여 냉매 공급 배관(454)으로 냉매를 공급하여, 몸체(456)를 냉각한다. 이에, 몸체(456)의 온도가 제 1 원료 공급 라인(441)으로 전달되어, 상기 제 1 원료 공급 라인(441) 내측으로 흐르는 공정원료가 냉각된다. 이때, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 공급되는 공정원료의 온도가 20℃ 내지 25℃가 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 따라서, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 20℃ 내지 25℃의 공정원료가 공급됨에 따라, 상기 원료 유량 조절부(LMFC)(420)에서는 공정원료의 유량을 용이하게 조절할 수 있다. 기판(S) 처리 공정이 종료되면 제 1 원료 공급 라인(441)으로 세정원료를 공급하여, 상기 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정 공정을 실시한다. 이때, 세정원료가 세정 공정 온도 예를 들어, 60℃ 내지 80℃로 가열되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 전원부를 이용하여 히터(458)에 전원을 공급하여, 상기 히터(458)가 설치된 몸체를 가열한다. 이에, 몸체(456)의 열이 제 1 원료 공급 라인(441)으로 전달되어, 상기 제 1 원료 공급 라인(441) 내부로 흐르는 세정원료를 가열하여 기화시킨다. 이와 같이 기화된 세정원료는 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443) 내부의 잔여물과 함께 공정챔버(100)로 이동된 후, 상기 공정챔버(100) 외부로 퍼지된다.
이와 같이 실시예들에서는 원료 유량 조절부(LMFC)(420)의 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인(441)을 둘러 싸도록 온도 조절 수단(450)을 설치한다. 이에, 기화기(430)의 복사열에 의해 제 1 원료 공급 라인(441)이 가열되더라도, 온도 조절 수단(450)을 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각시킬 수 있다. 이에, 제 1 원료 공급 라인(441)을 통해 원료 유량 조절부(LMFC)(420)로 공급되는 공정원료의 온도가 상온을 유지하도록 할 수 있다. 따라서, 원료 유량 조절부(LMFC)(420)에서는 공정원료의 유량을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정을 위해 상기 제 1 내지 제 3 원료공급 라인으로 세정원료를 공급할 때, 온도 조절 수단(450)을 이용하여 제 1 원료 공급 라인(441)을 가열시킨다. 이로 인해, 제 1 원료 공급 라인(441)에서 세정원료가 가열되어 기화되고, 기화된 세정원료는 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443) 내부의 잔여물과 함께 공정챔버(100)로 이동된 후, 상기 공정챔버(100) 외부로 퍼지된다. 따라서, 이와 같이 세정원료를 가열하게 됨에 따라, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(441 내지 443)의 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 이와 같이 제 1 원료 공급 라인(441)을 냉각 및 가열하는 온도 조절 수단(450)을 설치함으로써, 빠른 속도로 온도 변환이 가능하다. 즉, 공정원료가 원료 유량 조절부(420)로 공급될 때의 상온의 온도와 세정원료가 제 1 원료 공급 라인(441)의 세정을 위해 가열되는 온도 사이에서의 빠른 변환이 가능하다. 특히, 온도 조절 수단(450)을 통해 원료 공급 라인이 고온에서 저온으로 빠르게 변환될 수 있다.
상기에서는 원자층 증착(ALD)을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 액상의 원료를 이용하여 기판(S)을 처리하거나 세정하는 다양한 장치에 사용될 수 있다.
100: 공정챔버 400: 원료 공급 유닛
420: 원료 유량 조절부 441: 제 1 원료 공급 라인
442: 제 1 원료 공급 라인 450: 온도 조절 수단

Claims (17)

  1. 원료물질의 양을 조절하는 원료 유량 조절부;
    상기 원료 유량 조절부 전단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로 상기 원료물질을 공급하는 제 1 원료 공급 라인;
    일단이 상기 원료 유량 조절부와 연결되어, 상기 원료 유량 조절부로부터 원료물질을 공급받는 제 2 원료 공급 라인;
    적어도 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치된 상기 제 1 원료 공급 라인을 둘러싸도록 설치되고, 열전소자를 구비하여, 적어도 상기 제 1 원료 공급 라인의 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 포함하고,
    상기 제 1 원료 공급 라인으로 공급되는 상기 원료물질은 액상 상태의 공정원료 및 상기 제 1 원료 공급 라인과 제 2 원료 공급 라인 내부를 세정하는 액상 상태의 세정원료 중 적어도 어느 하나인 원료 공급 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 조절 수단은 상기 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부의 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인 및 상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치된 제 2 원료 공급 라인 중 적어도 어느 하나를 둘러 싸도록 설치되는 원료 공급 유닛.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 조절 수단은 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 제 1 하우징;
    상기 제 1 하우징 상에 배치된 복수의 열전소자;
    상기 열전소자 상측에 배치되며 내측에 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관이 설치되는 제 2 하우징을 포함하는 원료 공급 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 하우징 상에 배치되며, 상기 복수의 열전소자와 대응하는 복수의 개구부가 마련된 고정부재가 배치되는 원료 공급 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정부재의 복수의 개구부로 복수의 열전소자가 삽입됨으로써, 상기 복수의 열전소자가 제 1 하우징 상에 고정 배치되는 원료 공급 유닛.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정부재는 압축 고무(rubber)를 이용하여 제작되는 원료 공급 유닛.
  8. 원료물질의 양을 조절하는 원료 유량 조절부;
    상기 원료 유량 조절부 전단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로 상기 원료물질을 공급하는 제 1 원료 공급 라인;
    상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로부터 원료물질을 공급받는 제 2 원료 공급 라인;
    적어도 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치된 상기 제 1 원료 공급 라인을 둘러싸도록 설치되어, 적어도 상기 제 1 원료 공급 라인을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단을 구비하는 원료 공급 유닛을 포함하고,
    상기 원료 공급 유닛의 제 2 원료 공급 라인으로부터 원료물질을 공급받아 내부에 기화된 원료물질을 분사하여 기판을 처리하는 샤워헤드가 마련된 공정챔버를 포함하고,
    상기 제 1 원료 공급 라인으로 공급되는 상기 원료물질은 기판을 처리하는 액상 상태의 공정원료 및 제 1 원료 공급 라인과 제 2 원료 공급 라인 내부를 세정하는 액상 상태의 세정원료인 기판 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 온도 조절 수단은 상기 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부의 전단에 배치된 제 1 원료 공급 라인 및 상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치된 제 2 원료 공급 라인을 둘러 싸도록 설치되는 기판 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 2 원료 공급 라인과 샤워헤드 사이에 상기 공정원료를 가열하여 기화시키는 기화기가 마련되는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 온도 조절 수단은 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 제 1 하우징;
    상기 제 1 하우징 상에 배치된 복수의 열전소자;
    상기 열전소자 상측에 배치되며 내측에 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관이 설치되는 제 2 하우징을 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 온도 조절 수단은 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 몸체;
    상기 몸체 내에 설치되어 내측으로 냉매가 흐르는 냉매 공급 파이프;
    상기 몸체 내에 설치되어 상기 몸체를 가열시키는 히터를 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 원료물질의 양을 조절하는 원료 유량 조절부, 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로 상기 원료물질을 공급하는 제 1 원료 공급 라인, 상기 원료 유량 조절부의 후단에 배치되어, 상기 원료 유량 조절부로부터 원료물질을 공급받는 제 2 원료 공급 라인, 적어도 상기 원료 유량 조절부 전단에 배치된 상기 제 1 원료 공급 라인을 둘러싸도록 설치되어, 적어도 상기 제 1 원료 공급 라인을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단을 구비하는 원료 공급 유닛, 상기 원료 공급 유닛의 제 2 원료 공급 라인으로부터 원료물질을 공급받아 내부에 기화된 원료물질을 분사하여 기판을 처리하는 샤워헤드가 마련된 공정챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 제 1 원료 공급 라인으로 기판을 처리하는 공정원료를 공급할 때, 상기 온도 조절 수단을 이용하여 적어도 상기 제 1 원료 공급 라인을 냉각시키고, 상기 제 1 및 제 2 원료 공급 라인의 세정 공정을 위한 세정원료를 제 1 원료 공급 라인으로 공급할 때, 상기 온도 조절 수단을 이용하여 적어도 상기 제 1 원료 공급 라인을 가열하는 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 온도 조절 수단이 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 제 1 하우징, 상기 제 1 하우징 상에 배치된 복수의 열전소자 및 상기 열전소자 상측에 배치되며 내측에 냉매가 흐르는 냉매 공급 배관이 설치되는 제 2 하우징으로 구성될 때,
    상기 열전소자의 하부에서 흡열 현상이 발생되도록 하여 상기 열전소자의 하부와 접속된 제 1 하우징을 냉각시켜, 상기 제 1 하우징 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 냉각시킴으로써, 상기 제 1 원료 공급 라인을 통해 원료 유량 조절부로 공급되는 기판 처리 공정을 위한 공정원료가 상온이 되도록 냉각시키고,
    상기 열전소자의 하부에서 발열 현상이 발생되도록 하여 상기 열전소자의 하부와 접속된 제 1 하우징을 가열시켜, 상기 제 1 하우징 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 가열시킴으로써, 상기 제 1 및 제 2 원료 공급 라인의 세정을 위해 제 1 원료 공급 라인으로 흐르는 세정원료를 가열하여 기화시키는 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 열전소자의 하부에서 흡열 현상이 발생되도록 하여 상기 열전소자의 하부와 접속된 제 1 하우징을 냉각시킬 때, 상기 열전소자의 상부에 배치된 냉매 공급 배관으로 냉매를 공급하는 제어 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 온도 조절 수단이 내부에 상기 제 1 원료 공급 라인의 적어도 일부가 삽입되는 몸체, 상기 몸체 내에 설치되어 상기 몸체를 가열시키는 히터, 상기 몸체 내에 설치되어 내측으로 냉매가 흐르는 냉매 공급 파이프로 구성될 때,
    상기 냉매 공급 파이프로 냉매를 공급하여 몸체를 냉각시켜, 상기 몸체 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 냉각시킴으로써, 상기 제 1 원료 공급 라인을 통해 원료 유량 조절부로 공급되는 기판 처리 공정을 위한 공정원료가 상온이 되도록 냉각시키고,
    상기 히터를 이용하여 몸체를 가열시켜, 상기 몸체 내측에 설치된 제 1 원료 공급 라인을 가열시킴으로써, 상기 제 1 및 제 2 원료 공급 라인의 세정을 위해 제 1 원료 공급 라인으로 흐르는 세정원료를 가열하여 기화시키는 제어 방법.
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