KR101122720B1 - 포집장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정챔버와 연결되어 상기 공정챔버 내에서 반응하지 않은 미반응 원료를 포집하는 포집장치에 관한 것으로, 내부에 포집공간 및 파우더 형성 공간이 마련된 하우징, 하우징의 포집공간 및 파우더 형성 공간에 배치되어 포집공간 및 파우더 형성 공간의 온도를 제어하는 발열체와 상기 포집공간에 배치된 발열체 상에 설치된 복수의 제 1 포집 플레이트를 구비하는 포집부를 포함하고, 상기 포집공간 및 복수의 제 1 포집 플레이트는 증착 온도로 가열되고, 파우더 형성 공간은 파우더 형성 온도로 가열된다.
따라서 본 발명의 실시예들에 의하면 펌프에 반응물이 흡착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 종래에서와 같이 포집공간에서 증착온도로 가열된 고온의 반응물이 그대로 저온의 펌프로 유입됨으로써 점도가 높은 상태로 변형되어 흡착되는 것을 방지할 수 있어, 상기 펌프의 동작을 방해하거나 손상시키는 것을 최소화 시킬 수 있다.

Description

포집장치 및 이의 제어 방법{Trap apparatus and method for trap apparatus}
본 발명은 포집장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 펌프의 손상을 최소화 할 수 있는 포집장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자 제조 장치를 이용한 반도체 제조 공정시 공정챔버 내에는 해당 공정이 진행되는 동안 반응하지 않고, 잔류된 미반응 원료 및 반응이 진행되면서 부수적으로 발생하는 반응 부산물 등이 다량 존재하게 된다. 이러한 미반응 원료를 포함하는 반응 부산물은 공정챔버의 일측에 형성된 배기 시스템에 의해 외부로 배기된다. 이를 간략히 설명하면 반응 챔버에 소정의 반응 가스를 유입시켜 소정의 반응 공정을 실시한 후, 미반응 원료 및 반응 부산물은 배기관을 통해 배기된다. 이때, 미반응 원료에 의한 파티클 및 반응 부산물이 펌프 내부에 쌓이게 됨에 따라, 펌프의 수명이 급격하게 단축되는 현상이 발생된다.
이를 해결하기 위하여, 반응 챔버와 펌프 사이에 미반응 원료 및 반응 부산물을 포집하는 포집장치를 설치하여 미반응 원료 및 반응 불순물로 인한 펌프의 손상을 방지하였다. 즉, 포집장치 내에서 미반응 원료 및 반응 부산물을 증착 온도로 가열하고 이를 증착시킴으로써, 상기 미반응 원료 및 반응 부산물을 포집하였다. 하지만 종래의 포집장치에서는 미반응 원료 및 반응 부산물을 완전히 포집하지 못하며, 포집되지 않은 미반응 원료 및 반응 부산물은 상기 포집장치와 연결된 펌프로 유입된다. 이때, 포집장치 내에서 증착 온도로 가열된 고온의 미반응 원료 및 반응 부산물은 저온의 펌프로 그대로 유입되어, 점도가 높은 상태로 변한다. 그리고 점도가 높은 미반응 원료 및 반응 부산물은 펌프에 흡착되어 상기 펌프의 동작을 방해하거나 손상시킨다. 이에, 챔버 내부의 압력에 변화를 주는 문제가 발생하였다.
본 발명의 일 기술적 과제는 펌프의 손상을 최소화 시킬 수 있는 포집장치 및 이의 제어 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 일 기술적 과제는 포집공간 및 파우더 형성 공간으로 분할된 포집장치를 제작하여, 상기 포집공간은 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물이 증착되는 증착 온도로 가열하고, 파우더 형성 공간은 상기 포집공간에서 포집되지 못한 반응물이 파우더화 되는 파우더 형성 온도로 가열되도록 함으로써, 펌프의 손상을 최소화 시킬 수 있는 포집장치 및 이의 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 공정챔버와 연결되어 상기 공정챔버 내에서 반응하지 않은 미반응 원료를 포집하는 포집장치에 관한 것으로, 내부에 포집공간 및 파우더 형성 공간이 마련된 하우징, 상기 하우징의 포집공간 및 파우더 형성 공간에 배치되어 포집공간 및 파우더 형성 공간의 온도를 제어하는 발열체와 상기 포집공간에 배치된 발열체 상에 설치된 복수의 제 1 포집 플레이트를 구비하는 포집부를 포함하고, 상기 포집공간 및 복수의 제 1 포집 플레이트는 증착 온도로 가열되고, 파우더 형성 공간은 파우더 형성 온도로 가열된다.
상기 하우징 내부에 배치되어 상기 하우징 내부를 포집공간과 파우더 형성 공간으로 분할하고, 상기 포집공간과 파우더 형성 공간을 연통시키는 이동 통로를 가지는 분할부재를 포함한다.
상기 분할부재는 상하방향으로 이격 배치된 복수의 분할판을 포함하고, 상기 복수의 분할판은 일정 각도 경사지도록 배치된다.
상기 분할부재의 분할판은 포집공간에서 파우더 형성 공간이 배치된 방향으로 내리막 경사가 지도록 배치된다.
상기 포집공간으로 상기 미반응 원료와 반응하는 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관을 포함한다.
상기 포집공간과 연통되도록 하우징에 연결되어 미반응 원료를 주입하는 미반응 원료 입력단을 포함한다.
상기 파우더 형성 공간과 연통되도록 하우징에 연결되는 출력단 및 상기 출력단과 연통되도록 펌프가 연결결된다.
상기 발열체는 상기 포집공간에 배치되어 온도를 제어하는 제 1 발열체 및 상기 파우더 형성 공간에 배치되어 온도를 제어하는 제 2 발열체를 포함한다.
상기 파우더 형성 공간에 배치된 제 2 발열체 상에 일방향으로 나열되어 일정거리 이격되도록 복수의 제 2 포집 플레이트가 설치된다.
상기 제 1 발열체의 적어도 일단과 접속되는 제 1 전원 공급부 및 상기 제 2 발열체의 적어도 일단과 접속되는 제 2 전원 공급부를 포함한다.
본 발명은 내부에 포집공간 및 파우더 형성 공간이 마련된 하우징, 상기 하우징의 포집공간 및 파우더 형성 공간에 배치되어 상기 포집공간 및 파우더 형성 공간의 온도를 제어하는 발열체 및 포집공간의 발열체 상에 설치된 복수의 포집 플레이트를 구비하는 포집장치의 제어 방법에 관한 것으로, 상기 포집공간 및 복수의 제 1 포집 플레이트는 증착 온도로 가열하고, 파우더 형성 공간은 파우더 형성 온도로 가열한다.
상기 포집공간에 미반응 원료와 반응하는 반응가스를 주입한다.
상기 포집공간 및 복수의 포집 플레이트는 상기 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물이 증착되는 증착 온도로 가열된다.
상기 파우더 형성 공간은 상기 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물이 파우더화 되는 파우더 형성 온도로 가열된다.
상기 공정챔버에서 원료물질로 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)를 이용하고, 상기 공정챔버에서 반응하지 미반응 원료 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)가 포집공간으로 주입될 때, 상기 포집공간으로 주입되는 반응가스로 오존(O3)를 사용하고, 상기 포집공간의 온도는 상기 미반응 원료 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)와 반응가스 오존(O3)의 반응에 의해 생성된 반응물이 증착되는 증착 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
상기 포집공간의 온도가 300℃ 내지 400℃가 되도록 하는 것이 효과적이다.
상기 공정챔버에서 원료물질로 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)를 이용하고, 상기 공정챔버에서 반응하지 미반응 원료 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)가 포집공간으로 주입될 때, 상기 포집공간으로 주입되는 반응가스로 오존(O3)를 사용하고, 상기 파우더 형성 공간의 온도는 상기 미반응 원료 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)와 반응가스 오존(O3)의 반응에 의해 생성된 반응물이 파우더화 되는 파우더 형성 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
파우더 형성 공간의 온도가 100℃ 내지 200℃가 되도록 하는 것이 효과적이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 포집장치의 포집공간과 펌프 사이에 파우더 형성 공간을 마련한다. 그리고, 포집공간은 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물이 증착되는 온도로 가열하고, 파우더 형성 공간은 상기 반응물이 파우더화 되는 파우더 형성 온도로 가열한다. 이에, 증착 온도로 가열된 포집공간에 미반응 원료와 반응가스가 주입되면, 상기 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물이 포집공간에 배치된 복수의 포집 플레이트에 증착되어 포집된다. 이후, 복수의 포집 플레이트에 미쳐 포집되지 못한 반응물은 파우더 형성 공간으로 이동하여 고상의 파우더 상태가 된다. 그리고, 상기 파우더화된 반응물은 포집장치와 연결된 펌프로 유입된다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에서는 포집공간과 펌프 사이에 파우더 형성 공간을 마련하고, 상기 파우더 형성 공간에서는 포집공간에서 포집되지 못한 반응물을 점도가 낮은 고상의 파우더로 변형시킨다. 이에, 펌프에 반응물이 흡착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 종래에서와 같이 포집공간에서 증착온도로 가열된 고온의 반응물이 그대로 저온의 펌프로 유입됨으로써 점도가 높은 상태로 변형되어 흡착되는 것을 방지할 수 있어, 상기 펌프의 동작을 방해하거나 손상시키는 것을 최소화 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개념도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포집장치의 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포집장치를 나타낸 입체 도면
도 4는 실시예의 제1 변형예에 포집장치를 나타낸 단면도
도 5는 실시예의 제 2 변형예에 포집장치를 나타낸 단면도
도 6은 포집공간과 파우더 형성 공간의 온도 제어 방법을 도시한 그래프
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, 기판 처리 장치는 기판을 처리하는 내부공간이 마련된 공정챔버(100), 공정챔버(100)와 접속되어 상기 공정챔버(100) 내부를 배기하며, 미반응 원료를 포집하는 포집장치(500) 및 포집장치(500)에 접속된 펌프(400)를 구비하는 배기 시스템(600)을 포함한다.
공정챔버(100)는 내부가 비어있는 사각통 형상으로 제작되며, 내부에는 기판을 처리할 수 있는 소정의 반응 공간이 마련된다. 실시예에서는 챔버를 사각 통 형상으로 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 기판의 형상에 대응되도록 제작하는 것이 바람직하다. 이러한 공정챔버(100)에는 도시되지는 않았지만, 그 내부에 기판이 장착되는 기판 지지부 및 기판 지지부와 대향 배치되어 소정의 원료물질, 반응가스 및 퍼지가스와 같은 다수의 가스를 공급하는 가스 공급 수단이 마련된다. 실시예에 따른 공정챔버(100)에서는 예를 들어, 원료 물질의 흡착, 퍼지, 반응가스 공급, 퍼지를 반복하는 원자층증착(ALD) 공정을 실행할 수 있다. 실시예에서는 원자층증착(ALD) 공정을 통해 기판 상에 Al2O3 막을 형성한다. 물론 이에 한정되지 않고 공정챔버(100)에서는 다양한 기판 처리 공정이 실행될 수 있다.
배기 시스템(600)은 공정챔버(100) 내에서 반응하지 않은 가스 즉, 미반응 원료를 다시 반응가스와 반응시켜 증착시킴으로써, 상기 미반응 원료를 포집하는 포집장치(500), 공정챔버(100) 내부 및 포집장치(500) 내부를 펌핑하는 펌프(400), 공정챔버(100)와 포집장치(500) 내부를 연통시키는 제 1 배관(200) 및 포집장치(500)와 펌프(400)를 연통시키는 제 2 배관(300)을 포함한다. 이때, 제 2 배관(300)을 통해 포집장치(500)와 연결되는 펌프(400)로 로터리 펌프를 사용하는 것이 효과적이다. 또한, 도시되지는 않았지만 제 1 및 제 2 배관(200, 300) 각각에는 밸브(미도시)가 설치될 수 있으며, 공정챔버(100)와 포집장치(500) 사이에 부스터 펌프(미도시)를 더 설치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포집장치의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포집장치를 나타낸 입체 도면이다. 도 4는 실시예의 제 1 변형예에 포집장치를 나타낸 단면도이다. 도 5는 실시예의 제 2 변형예에 포집장치를 나타낸 단면도이다. 도 6은 포집공간과 파우더 형성 공간의 온도 제어 방법을 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513)으로 분할된 내부공간을 가지는 하우징(510), 하우징(510)의 상측 일단에 연결되어 포집공간(512)으로 미반응 원료를 주입하는 미반응 원료 입력단(520a), 미반응 원료 입력단(520a)에 연결되어 반응가스를 주입하는 반응가스 공급관(530) 및 하우징(510)의 하측 일단에 연결되어 하우징(510) 내부의 반응물 및 가스가 출력되는 출력단(520b), 하우징(510) 내부의 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513)에 배치되어 미반응 원료를 포집하는 포집부(560), 포집공간(512)과 파우더 형성 공간(513) 사이에 배치된 분할부재(550)를 포함한다. 또한, 하우징(510)의 하측 타단에서 포집공간(512)과 연통되도록 설치되어, 상기 포집공간(512) 하측 방향으로 낙하되는 반응 부산물과 같은 파티클이 퇴적되는 퇴적부(540)를 포함한다.
하우징(510)은 내부공간이 마련된 사각통 형상으로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 모양의 하우징(510)을 사용할 수 있다. 그리고 하우징(510)의 내주면에는 상기 하우징(510) 내부의 열 손실을 최소화하기 위한 단열부재(511)가 설치된다. 이러한 하우징(510)의 내부공간은 전술한 바와 같이, 포집공간(512)과 파우더 형성 공간(513)으로 분할되도록 형성된다. 여기서, 포집공간(512)은 미반응 원료와 반응가스를 반응시켜 반응물을 생성하고, 상기 반응물을 포집하는 공간이다. 공정챔버(100)에서 반응하지 못하고 포집장치(500)로 유입된 미반응 원료는 불안정한 상태로써, 반응성이 높다. 이에, 상기 미반응 원료가 가스 입력단(520a)을 통해 포집장치(500)의 포집공간(512)으로 유입될 때, 반응가스 공급관(530)을 통해 상기 포집공간(512)로 반응가스를 공급한다. 따라서 미반응 원료와 반응가스를 반응시켜 상기 미반응 원료의 반응성을 낮춘다. 하기에서는 미반응 원료와 반응가스가 반응하여 생성된 생성물을 반응물이라 명한다. 이러한 포집공간(512)은 도 6에 도시된 바와 같이, 반응물의 증착이 이루어지는 증착 온도로 가열된다. 그리고 파우더 형성 공간(513)은 포집공간(512)에서 포집되지 못한 반응물을 파우더 상태로 변형시키는 파우더 형성 온도로 가열된다. 이는 증착 온도로 가열된 포집공간(512)에서 미쳐 포집되지 못한 고온의 반응물이 그대로 저온의 펌프(400)로 유입되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 포집공간(512)에서 포집되지 못한 고온의 반응물을 파우더 형성 온도를 유지하는 파우더 형성 공간(513)으로 이동시켜, 상기 반응물을 고상의 파우더 형태로 변형시킨다. 이와 같이 파우더 형성 공간(513)에서 파우더화된 반응물은 점도성이 거의 없는 상태로, 출력단(520b)을 거쳐 펌프(400)로 유입되더라도, 상기 펌프(400)에 흡착되지 않는다. 즉, 종래에서와 같이 증착 온도로 가열된 포집공간(512)에서 포집되지 못한 고온의 반응물이 그대로 저온의 펌프(400)로 유입되면, 상기 반응물은 점도성 높은 상태로 변하게 된다. 그리고 점도성의 반응물이 펌프(400)에 흡착됨으로써 상기 펌프(400)를 손상시킨다. 하지만, 실시예에서는 전술한 바와 같이 포집공간(512)에서 포집되지 못한 반응물을 파우더 형성 공간(513)에서 파우더화 시킴으로써, 펌프(400)의 손상을 최소화 시킬 수 있다. 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513)의 온도 제어에 대한 상세한 설명은 하기에서 하기로 한다.
내부가 포집공간(512)과 파우더 형성 공간(513)으로 분할된 하우징(510)의 상측 일단에는 미반응 원료를 주입하는 미반응 원료 입력단(520a)이 연결된다. 이때, 미반응 원료 입력단(520a)이 포집공간(512)과 연통되도록 하우징(510)에 연결되는 것이 바람직하다. 그리고 실시예에서는 이러한 미반응 원료 입력단(520a)에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관(530)을 연결한다. 하지만 이에 한정되지 않고, 반응가스 공급관(530)은 하우징(510) 내부에 반응가스를 공급할 수 있는 어떠한 위치에 연결되어도 무방하다. 또한, 하우징(510)의 하측 일단에는 소정의 가스 및 반응물 파우더가 출력되는 출력단(520b)이 연결되는데, 여기서 출력단(520b)은 파우더 형성 공간(513)과 연통되도록 하우징(510)과 연결된다. 그리고 미반응 원료 입력단(520a)은 공정챔버(100)와 연통된 제 1 배관(200)과 연결되고, 출력단(520b)은 펌프(400)와 연통된 제 2 배관(300)과 연결된다.
분할부재(550)는 하우징(510) 내부에 배치되어 상기 하우징(510) 내부를 포집공간(512)과 파우더 형성 공간(513)으로 분할시킨다. 여기서 분할부재(550)는 상하 방향으로 일정거리 이격 배치된 복수의 분할판(551)으로 이루어지고, 여기서 상기 복수의 분할판(551)은 포집공간(512)으로부터 파우더 형성 공간(513)이 배치된 방향으로 내리막 경사가 지도록 배치된다. 이때, 분할부재(550)의 복수의 분할판(551) 사이의 복수의 이격 공간(552)은 포집공간(512)의 반응물이 파우더 형성 공간(513)으로 이동하는 이동 통로이다. 이에, 포집공간(512)에서 포집되지 못한 반응물이 분할부재(550)의 복수의 분할판(551)의 경사면을 따라 파우더 형성 공간(513)으로 이동한다. 물론 이에 한정되지 않고 분할부재(550)는 하우징(510) 내부를 포집공간(512)과 파우더 형성 공간(513)으로 분할시키고, 상기 포집공간(512)에서 포집되지 못한 반응물이 파우더 형성 공간(513)으로 이동할 수 있는 이동 통로가 마련된 다양한 형상으로 제작할 수 있다.
포집부(550)는 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513) 각각의 온도를 제어하고, 반응물을 포집시키는 역할을 한다. 이러한 포집부(560)는 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513) 내에서 복층으로 연장 설치되는 제 1 발열체(561), 파우더 형성 공간(513) 내에서 복층으로 연장 설치되는 제 2 발열체(562), 포집공간(512)에 배치된 제 1 발열체(561) 상에서 일방향으로 나열되어 일정거리 이격 배치된 복수의 제 1 포집 플레이트(563), 파우더 형성 공간(513)에 배치된 제 2 발열체(542) 상에서 일방향으로 나열되어 일정거리 이격 배치된 복수의 제 2 포집 플레이트(564)를 포함한다.
여기서, 제 1 발열체(561)는 포집공간(512) 및 복수의 제 1 포집 플레이트(563)를 증착 온도로 가열하는 역할을 한다. 도 3을 참조하면, 제 1 발열체(561)는 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513)에서 전후 및 상하 방향으로 이격 배치된 복수의 연장선과 복수의 연장선을 연결하는 복수의 이음부를 포함하도록 제작된다. 즉, 단일의 제 1 발열체(561)를 수직 및 수평 방향으로 절곡시켜 복층으로 이루어진 제 1 발열체(561)를 제작한다. 그리고 제 1 발열체(561)의 적어도 일단은 하우징(510)의 외부로 돌출되어 전원을 인가하는 제 1 전원 공급부(570)와 접속된다. 이때, 실시예에 따른 제 1 발열체(561)의 적어도 일단은 파우더 형성 공간(513)과 인접한 하우징(510)의 외부로 돌출되어 제 1 전원 공급부(570)와 접속된다. 물론 이에 한정되지 않고 제 1 발열체(561)의 적어도 일단이 하우징(510) 외부의 다양한 방향으로 돌출되도록 설치될 수 있다. 또한, 포집공간(512)에 배치된 제 1 발열체(561)에 복수의 제 1 포집 플레이트(563)가 장착된다. 이때, 복수의 제 1 포집 플레이트(563)는 포집공간(512)에 배치된 제 1 발열체(561) 상에서 일방향으로 나열되도록 이격배치된다. 즉, 복수의 제 1 포집 플레이트(563)를 관통하도록 제 1 발열체(561)이 설치된다. 이때, 실시예에 따른 복수의 제 1 포집 플레이트(563)는 수직 방향으로 배치된다. 그리고, 복층으로 이루어진 제 1 발열체(561)에 설치된 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 있어서, 상하 방향으로 배치된 복수의 제 1 포집 플레이트(563)가 서로 엇갈리도록 배치되는 것이 바람직하다. 이는 미반응 원료와 반응가스의 흐름을 방해하여, 상기 미반응 원료와 반응가스의 반응성을 높여 반응물 생성율을 향상시키기 위함이다. 또한, 상하 방향으로 배치된 복수의 제 1 포집 플레이트(563)가 서로 엇갈리도록 배치함으로써, 반응물의 흐름을 방해하여 상기 반응물이 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 증착되는 증착율을 향상시키기 위함이다. 실시예에 따른 제 1 포집 플레이트(563)는 사각 판 형상으로 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 반응물을 증착시켜 포집할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 무방하다.
이와 같은 복수의 제 1 포집 플레이트(563)는 제 1 전원 공급부(570) 및 제 1 발열체(561)에 의해 증착 온도로 가열된다. 그리고 실시예에 따른 제 1 발열체는 전술한 바와 같이, 파우더 형성 공간(513)을 가로 질러 포집공간(512)으로 연장 설치된다. 이에 제 1 발열체(561)는 파우더 형성 공간(513)에 영향을 주지 않고, 포집공간(512) 및 복수의 제 1 포집 플레이트(563)를 가열하도록 제작되는 것이 바람직하다. 이를 위해 실시예에서는 제 1 발열체(561)의 영역 중 포집공간(512)에 대응 배치되는 영역에만 저항이 높은 재료 예를 들어, 니크롬(Ni-Cr)과 같은 재료를 이용하여 제작하고, 파우더 형성 공간(513)에 대응하는 영역은 무저항 재료 예를 들어 Ni을 이용하여 제작한다. 따라서, 제 1 전원 공급부(570)를 이용하여 제 1 발열체(561)에 전원을 공급하면, 포집공간(512)에 대응 위치하는 제 1 발열체(561)에만 저항열이 발생한다. 이때, 포집공간(512) 및 제 1 포집 플레이트(563)의 온도가 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물의 증착 온도로 가열되도록 조절하는 것이 바람직하다.
제 2 발열체(562)는 파우더 형성 공간(513) 및 복수의 제 2 포집 플레이트(564)를 가열하는 역할을 한다. 도 3을 참조하면, 제 2 발열체(562)는 파우더 형성 공간(513)에서 전후 및 상하 방향으로 이격 배치된 복수의 연장선과 복수의 연장선을 연결하는 복수의 이음부를 포함하도록 제작된다. 즉, 단일의 제 2 발열체(562)를 지면에 대하여 수직 및 수평 방향으로 절곡시켜 복층으로 이루어진 제 2 발열체(562)를 제작한다. 물론 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 제 2 발열체(562)를 제작할 수 있다. 이러한 제 2 발열체(562)의 적어도 일단은 하우징(510)의 외부로 돌출되어 전원을 인가하는 제 2 전원 공급부(580)와 접속된다. 실시예에 따른 제 2 발열체(562)의 적어도 일단은 파우더 형성 공간(513)과 인접한 하우징(510)의 외부로 돌출되어 제 2 전원 공급부(580)와 접속된다. 물론 이에 한정되지 않고, 제 2 발열체(562)의 적어도 일단은 하우징(510) 외부의 다양한 방향으로 돌출될 수 있다. 그리고 파우더 형성 공간(513) 내로 반응물이 유입되면 상기 반응물의 대부분은 파우더화 되지만, 일부는 온전한 파우더 형태로 되지 못하거나 점도성이 있는 상태일 수도 있다. 이에, 실시예에서는 파우더 형성 공간(513)에 배치된 제 2 발열체(562)에 복수의 제 2 포집 플레이트(564)를 설치한다. 여기서, 제 2 포집 플레이트(564)는 파우더 형성 공간(513)에서 파우더화 되지 못하거나 점도성이 있는 상태인 반응물들을 증착시켜 포집하는 역할을 한다. 이에, 반응물이 파우더 형성 공간(513)으로 유입되면, 상기 반응물은 파우더화 되어 출력단(520b)를 통해 펌프(400)가 배치된 방향으로 이동하고, 상기 파우더 형성 공간(513)에서 미처 파우더화 되지 못한 반응물은 복수의 제 2 포집 플레이트(564)에 증착된다. 이러한 복수의 제 2 포집 플레이트(564)는 파우더 형성 공간(513)에 배치된 제 2 발열체(562) 상에서 일방향으로 나열되도록 이격 배치 된다. 즉, 복수의 제 2 포집 플레이트(564)를 관통하도록 제 2 발열체(562)이 설치된다. 그리고 복수의 제 2 포집 플레이트(564)는 소정 각도로 경사지도록 설치된다. 실시예에 따른 복수의 제 2 포집 플레이트(564)는 포집공간(512)에서 파우더 형성 공간(513)이 배치된 방향으로 내리막 경사가 지도록 배치된다. 그리고, 복층으로 이루어진 제 2 발열체(562)에 설치된 복수의 제 2 포집 플레이트(564)에 있어서, 상하 방향으로 배치된 복수의 제 2 포집 플레이트(564)가 서로 엇갈리도록 배치되는 것이 효과적이다. 이는, 파우더 형성 공간(513)으로 이동하여 파우더 형태로 형성되는 반응물이 하우징(510)의 하부에 연결된 출력단(520b)이 배치된 방향으로 용이하게 흐를수 있도록 유도하면서, 일부는 제 2 포집 플레이트(564)에 증착될 수 있도록 하기 위함이다.
실시예에 따른 제 2 포집 플레이트(564)는 사각 판 형상으로 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 반응물을 증착시켜 포집할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 무방하다.
이와 같은 파우더 형성 공간(513) 및 복수의 제 2 포집 플레이트(564)는 제 2 전원 공급부(580) 및 제 2 발열체(562)에 의해 파우더 형성 온도로 가열된다. 이에, 포집공간(512)에 배치된 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 증착되지 못한 고온의 반응물이 분할부재(550)를 거쳐 파우더 형성 온도를 유지하는 파우더 형성 공간(513)으로 이동하면, 상기 고온의 반응물이 고상의 미립자 상태 즉, 파우더화 된다. 그리고 이와 같이 파우더화된 반응물은 펌프(400)의 펌핑력에 의해 상기 펌프(400)가 배치된 방향으로 이동하고, 파우더 형성 공간(513)에서 미쳐 파우더화 되지 못한 반응물은 복수의 제 2 포집 플레이트(564)에 증착된다.
실시예에서는 제 1 발열체(561)가 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513)에 연장 설치되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 제 1 발열체(561)를 이용하여 포집공간(512)을 가열할 수 있도록 하는 다양한 변형이 가능하다. 즉, 도 4에 도시된 실시예에 따른 제 1 변형예에서와 같이 제 1 발열체(561)가 포집공간(512)에만 설치될 수 있다. 그리고 제 1 발열체(561)의 적어도 일단이 포집공간(512)과 인접한 하우징(510) 외부로 돌출되어 제 1 전원 공급부(570)와 연결될 수 있다.
그리고 실시예 및 제 1 변형예에서는 파우더 형성 공간(513)에 배치된 제 2 발열체(562) 상에 복수의 제 2 포집 플레이트(564)가 설치되는 것을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고 도 5에 도시된 제 2 변형예에서와 같이 제 2 발열체(562)에 복수의 제 2 포집 플레이트(564)가 설치되지 않을 수도 있다.
그리고 실시예에서는 하우징(510) 내부에 하나의 포집공간(512) 및 하나의 파우더 형성 공간(513)을 마련하였으나, 이에 한정되지 않고 하나 이상의 포집공간(512) 및 파우더 형성 공간(513)을 마련할 수도 있다.
하기에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여, 실시예에 따른 포집장치를 이용하여 미반응 원료를 포집하는 방법을 설명한다.
공정챔버(100) 내에 배치된 가스 공급 수단을 이용하여 소정의 원료물질, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하여, 기판 처리 공정을 실시한다. 실시예에서는 공정챔버(100) 내에서 원료물질 흡착, 퍼지, 반응가스 공급, 퍼지의 공정을 복수번 반복하는 원자층증착(ALD)법을 이용하여 기판 상에 Al2O3 박막을 형성한다. 이를 위해 실시예에서는 예를 들어, 원료물질로 액상 상태의 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)를 사용하고 반응가스로 오존(O3)를 사용한다. 그리고 퍼지가스로 N2 및 Ar 중 적어도 하나를 사용한다. 이어서, 공정챔버(100)에 접속된 배기 시스템(600)을 이용하여 상기 공정챔버(100) 내에 잔류하는 미반응 원료를 배출시키고, 상기 공정챔버(100) 내부를 일정 압력으로 유지한다. 즉, 공정챔버(100) 하부에 마련된 배기구(미도시)를 개방한 후, 펌프(400)를 이용하여 미반응 가스를 포집장치(500)로 배기한다.
공정챔버(100) 내부의 미반응 원료는 제 1 배관(200) 및 포집장치(500)의 미반응 원료 입력단(520a)을 통해 상기 포집장치(500)의 하우징(510) 즉, 포집공간(512)으로 유입된다. 이때, 반응가스 공급관(530)을 통해 포집공간(512)에 반응가스 예를 들어 오존(O3)를 주입한다. 이에, 포집공간(512)에서 미반응 원료 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)와 반응가스 오존(O3)이 반응함으로써, 반응물 Al2O3이 생성된다. 그리고 이때 제 1 전원 공급부(570)을 이용하여 제 1 발열체(561)에 전원을 공급하여, 포집공간(512) 및 복수의 제 1 포집 플레이트(563)를 증착 온도로 가열한다. 이때, 포집공간(512) 및 복수의 제 1 포집 플레이트(563)가 300℃ 내지 400℃가 되도록 가열하는 것이 바람직하다. 이에, 포집공간(512)에서 반응물이 파우더 형성 공간(513)이 배치된 방향으로 이동하면서, 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 접속됨에 따라, 상기 반응물이 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 증착된다. 따라서, 포집장치(500) 내로 공급된 대부분의 미반응 원료가 포집공간(512) 내의 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 증착됨으로써 포집된다. 한편, 포집공간(512) 및 복수의 제 1 포집 플레이트(563)의 온도가 300℃ 내지 400℃ 범위를 벋어나면 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 반응물이 용이하게 증착되지 않아, 미반응 원료의 포집율이 저하될 수 있다.
이후, 포집공간(512)의 복수의 제 1 포집 플레이트(563)에 의해 미쳐 포집되지 못한 반응물은 분할부재(550)를 거쳐 파우더 형성 공간(513)으로 이동한다. 이때, 실시예에 따른 분할부재(550)는 상하방향으로 이격 배치된 복수의 분할판(551)으로 이루어져 있다. 이에, 포집공간(512)에서 포집되지 않은 반응물은 분할부재(550)의 복수의 분할판(551) 사이의 복수의 이격 공간(552)을 통해 파우더 형성 공간(513)으로 이동한다. 이때, 상기 분할부재(550)의 복수의 분할판(551)은 소정의 경사를 이루도록 배치되어 있으므로, 포집공간(512)의 반응물이 파우더 형성 공간(513)으로 이동할때, 상기 분할부재(550)의 복수의 분할판(551)의 경사면을 따라 이동한다. 이때, 파우더 형성 공간(513) 및 제 2 포집 플레이트(564)는 파우더 형성 온도를 유지하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 제 2 전원 공급부(580)를 통해 제 2 발열체(562)에 전원을 공급하여, 파우더 형성 공간(513) 및 복수의 제 2 포집 플레이트(564)를 가열한다. 이때, 포집공간(512)으로부터 파우더 형성 공간(513)으로 전달되는 복사열을 고려하여 제 2 전원 공급부(580)를 통해 제 2 발여체(562)로 공급되는 전원을 조절하는 것이 바람직하다. 실시예에서는 100℃ 내지 200℃가 되도록 파우더 형성 공간(513)을 가열한다. 예를 들어, 파우더 형성 공간(513)의 온도가 100℃ 미만일 경우, 상기 파우더 형성 공간(513)에서 반응물이 파우더화 되지 못한다. 또한, 상기 파우더 형성 공간(513)의 온도가 200℃를 초과할 경우 반응물이 파우더화 되지 못하고 점도를 가지고 있는 상태가 될 수 있다. 이에, 포집공간(512)에서 미쳐 포집되지 못한 고온의 반응물이 파우더 형성 온도를 유지하는 파우더 형성 공간(513)으로 이동하면, 상기 반응물은 미립자의 파우더 상태가 된다. 그리고 이러한 반응물 파우더는 출력단(520b)를 통해 펌프(400)의 펌핑력에 의해 상기 펌프(400)가 배치된 방향으로 이동한다. 이때, 파우더 형성 공간(513)에서 미쳐 파우더화 되지 못하고 점도성을 가지고 있는 반응물이 발생할 수 있는데, 상기와 같은 점도성의 반응물은 이동 중에 복수의 제 2 포집 플레이트(564)에 증착됨으로써 포집된다. 이와 같은 과정을 통해 펌프(400)로 유입되는 반응물은 종래와 같은 점도성의 물질이 아니라 고체 상태의 파우더이므로, 상기 펌프(400)에 흡착되지 않아, 상기 펌프(400)가 손상되는 것을 최소화 시킬 수 있다.
510: 하우징 512: 포집공간
513: 파우더 형성 공간 560: 포집부
561: 제 1 발열체 562: 제 2 발열체
570: 제 1 전원 공급부 580: 제 2 전원 공급부

Claims (18)

  1. 공정챔버와 연결되어 상기 공정챔버 내에서 반응하지 않은 미반응 원료를 포집하는 포집장치에 있어서,
    내부에 포집공간 및 파우더 형성 공간이 마련된 하우징;
    상기 하우징의 포집공간 및 파우더 형성 공간에 배치되어 포집공간 및 파우더 형성 공간의 온도를 제어하는 발열체와 상기 포집공간에 배치된 발열체 상에 설치된 복수의 제 1 포집 플레이트를 구비하는 포집부; 및
    상기 하우징 내의 포집공간과 파우더 형성 공간 사이에서 상하 방향으로 이격되도록 설치된 복수의 분할판을 포함하고,
    상기 포집공간 및 복수의 제 1 포집 플레이트는 증착 온도로 가열되고, 파우더 형성 공간은 파우더 형성 온도로 가열되는 포집장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 분할판 각각은 경사지도록 배치되는 포집장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 분할판은 포집공간에서 파우더 형성 공간이 배치된 방향으로 내리막 경사가 지도록 배치되는 포집장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집공간으로 상기 미반응 원료와 반응하는 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관을 포함하는 포집장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집공간과 연통되도록 하우징에 연결되어 미반응 원료를 주입하는 미반응 원료 입력단을 포함하는 포집장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우더 형성 공간과 연통되도록 하우징에 연결되는 출력단 및 상기 출력단과 연통되도록 펌프가 연결되는 포집장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열체는 상기 포집공간에 배치되어 온도를 제어하는 제 1 발열체 및 상기 파우더 형성 공간에 배치되어 온도를 제어하는 제 2 발열체를 포함하는 포집장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 파우더 형성 공간에 배치된 제 2 발열체 상에 일방향으로 나열되어 상호 이격되도록 복수의 제 2 포집 플레이트가 설치되는 포집장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 발열체의 적어도 일단과 접속되는 제 1 전원 공급부 및 상기 제 2 발열체의 적어도 일단과 접속되는 제 2 전원 공급부를 포함하는 포집장치.
  11. 내부에 포집공간 및 파우더 형성 공간이 마련된 하우징, 상기 하우징의 포집공간 및 파우더 형성 공간에 배치되어 상기 포집공간 및 파우더 형성 공간의 온도를 제어하는 발열체 포집공간의 발열체 상에 설치된 복수의 포집 플레이트 및 상기 하우징 내의 포집공간과 파우더 형성 공간 사이에서 상하 방향으로 이격되도록 설치된 복수의 분할판을 구비하는 포집장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 포집공간 및 복수의 포집 플레이트는 증착 온도로 가열하고, 파우더 형성 공간은 파우더 형성 온도로 가열하는 포집장치의 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 포집공간에 미반응 원료와 반응하는 반응가스를 주입하는 포집장치의 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 포집공간 및 복수의 포집 플레이트는 상기 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물이 증착되는 증착 온도로 가열되는 포집장치의 제어 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 파우더 형성 공간은 상기 미반응 원료와 반응가스의 반응에 의해 생성된 반응물이 파우더화 되는 파우더 형성 온도로 가열되는 포집장치의 제어 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 미반응 원료는 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)를 포함하고, 상기 미반응 원료가 상기 포집공간으로 주입될 때, 상기 포집공간으로 주입되는 반응가스로 오존(O3)를 사용하고, 상기 포집공간의 온도는 상기 미반응 원료 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)와 반응가스 오존(O3)의 반응에 의해 생성된 반응물이 증착되는 증착 온도로 가열되는 포집장치의 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 포집공간의 온도가 300℃ 내지 400℃가 되도록 하는 포집장치의 제어 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 미반응 원료는 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)를 포함하고, 상기 미반응 원료가 상기 포집공간으로 주입될 때, 상기 포집공간으로 주입되는 반응가스로 오존(O3)를 사용하고, 상기 파우더 형성 공간의 온도는 상기 미반응 원료 티엠에이(TMA: Trimethylaluminum)와 반응가스 오존(O3)의 반응에 의해 생성된 반응물이 파우더화 되는 파우더 형성 온도로 가열되는 포집장치의 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    파우더 형성 공간의 온도가 100℃ 내지 200℃가 되도록 하는 포집장치의 제어 방법.
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KR20060060906A (ko) * 2004-12-01 2006-06-07 주성엔지니어링(주) 포획장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 장치
KR20090039018A (ko) * 2007-10-17 2009-04-22 홍정의 배기가스 데포지션 장치 및 방법

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