KR101236696B1

KR101236696B1 - 기판처리장치

Info

Publication number: KR101236696B1
Application number: KR1020110138190A
Authority: KR
Inventors: 이유영
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-02-25

Abstract

본 발명은 챔버로 공급되는 가스 흐름의 선형성이 유지되도록 구조가 개선된 기판처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 처리공정이 진행되는 챔버와, 챔버의 내부를 배기하기 위한 배기라인과, HF 가스 공급원 및 HF 가스의 유동을 보조하는 캐리어 가스 공급원과 연결되는 제1공급라인과, 제1공급라인의 단부에 설치되며, 제1공급라인을 따라 유동해 온 가스가 유동해 갈 유동방향을 제어하는 방향조절밸브와, 제1공급라인을 유동하는 가스가 챔버로 유동되도록, 방향조절밸브와 챔버를 연결하는 제2공급라인과, 제1공급라인을 유동하는 가스가 배기라인으로 유동되도록, 방향조절밸브와 배기라인을 연결하는 벤트라인과, 일단부는 불활성 가스 공급원에 연결되며, 타단부는 제2공급라인에 연결되는 제3공급라인과, 제1공급라인을 따라 유동해 온 가스가 제2공급라인 또는 벤트라인으로 유동하도록 방향조절밸브를 제어하며, 제1공급라인을 유동하는 가스가 제2공급라인으로 유동하는 시점에서, 제1공급라인과 제2공급라인이 합류되는 합류부의 압력과 제1공급라인의 압력이 동일해지도록 캐리어 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판으로 HF 가스를 분사하여 기판 상에 형성된 실리콘 산화막을 제거하는데 이용되는 기판처리장치에 관한 것이다.

기판으로 HF 가스, NH₃ 가스, N₂ 가스 등을 분사하여 기판 상에 형성된 실리콘 산화막을 제거하는 장치에 관해서는, 공개특허 10-2010-0041023호 등에 개시된 바 있다. 이러한, 기판처리장치는 상기한 가스들을 챔버로 공급하기 위한 가스공급시스템을 가지는데, 이에 관하여 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래의 기판처리장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 기판처리장치는 챔버와, 이 챔버를 배기하기 위한 펌프와, 챔버로 가스를 공급하기 위한 가스공급라인을 가진다. 챔버와 펌프를 연결하는 배기라인에는 스로틀 밸브(tv)와 게이트 밸브(gv)가 설치되며, 챔버에는 챔버 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서(s)가 설치된다. 그리고, 가스공급라인에는 HF 가스공급원, 캐리어 가스(예를 들어 질소 가스) 공급원(2)이 연결되며, 기판의 처리공정에 필요한 기타 다른 가스들, 예를 들어 아르곤 가스 등의 공급원(3,4)이 연결된다.

이와 같이 구성된 기판처리장치로 기판을 처리하는 과정에서, HF 가스 및 캐리어 가스는 챔버로 공급되었다가 차단되는 과정(idle time)을 반복하게 된다. 그런데, HF 가스 및 캐리어 가스가 차단되었다가 다시 공급되는 시점에서, 가스공급라인의 압력 및 가스의 흐름에 순간적으로 변화가 발생하게 되어 공급되는 가스 흐름의 선형성(linearity)에 문제가 발생하게 된다. 또한, 다른 가스들의 압력이 변화될 때에도 앞선 경우와 마찬가지로 가스공급라인의 압력 및 가스의 흐름에 순간적으로 변화가 발생되며, 그 결과 기판의 처리품질이 저하되는 문제점, 구체적으로는 웨이퍼 간의 균일성 저하, 막특성 저하, 에칭률의 차이 등이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 챔버로 공급되는 가스 흐름의 선형성이 유지되도록 구조가 개선된 기판처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 처리공정이 진행되는 챔버와, 상기 챔버의 내부를 배기하기 위한 배기라인과, HF 가스 공급원 및 상기 HF 가스의 유동을 보조하는 캐리어 가스 공급원과 연결되는 제1공급라인과, 상기 제1공급라인의 단부에 설치되며, 상기 제1공급라인을 따라 유동해 온 가스가 유동해 갈 유동방향을 제어하는 방향조절밸브와, 상기 제1공급라인을 유동하는 가스가 상기 챔버로 유동되도록, 상기 방향조절밸브와 상기 챔버를 연결하는 제2공급라인과, 상기 제1공급라인을 유동하는 가스가 상기 배기라인으로 유동되도록, 상기 방향조절밸브와 상기 배기라인을 연결하는 벤트라인과, 일단부는 불활성 가스 공급원에 연결되며, 타단부는 상기 제2공급라인에 연결되는 제3공급라인과, 상기 제1공급라인을 따라 유동해 온 가스가 상기 제2공급라인 또는 상기 벤트라인으로 유동하도록 상기 방향조절밸브를 제어하며, 상기 제1공급라인을 유동하는 가스가 상기 제2공급라인으로 유동하는 시점에서, 상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인이 합류되는 합류부의 압력과 상기 제1공급라인의 압력이 동일해지도록 상기 캐리어 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제1공급라인과 상기 합류부의 압력 차이를 감지하는 차압계를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 차압계에서 감지된 압력 차이를 기초로 상기 캐리어 가스의 공급량을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 챔버로 공급되는 가스 흐름의 선형성이 유지되므로 처리되는 기판의 품질이 향상된다.

도 1은 종래 기판처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리시스템에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판처리시스템(100)은 챔버(10)와, 배기라인(11)과, 제1공급라인(30)과, 제2공급라인(40)과, 벤트라인(50)과, 제어부(도면 미도시)와, 차압계(70)를 포함한다.

챔버(10)는 기판에 대한 처리공정이 이루어지는 곳으로, 챔버의 내부에는 처리공정이 이루어지는 공간부가 마련되어 있다. 또한, 챔버(10)에는 후술하는 바와 같이 제2공급라인(40)과 연결되어, 제2공급라인(40)을 통해 공급된 가스를 기판으로 분사하는 가스분사기(도면 미도시)와, 기판이 안착되는 서셉터(도면 미도시)가 마련된다. 또한, 챔버에는 챔버 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서(s)가 설치된다.

배기라인(11)은 챔버 내부를 배기하기 위한 것으로, 챔버(10)에 마련된 배기공에 연결된다. 배기라인(11)에는 배기되는 가스의 양을 조절하는 스로틀 밸브(tv)와, 배기라인(11)을 개방/폐쇄하는 게이트 밸브(gv)와, 펌프(12)가 연결된다.

제1공급라인(30)은 HF 가스 공급원(21) 및 캐리어 가스 공급원(22)과 연결된다. HF 가스 공급원(21)은 HF 가스를 공급하는 것으로, 이 HF 가스 공급원(21)에는 공급되는 HF 가스의 유량을 조절하는 유량조절기(MFC : Mass Flow Controller)가 마련되어 있다. 캐리어 가스 공급원(22)은 HF 가스의 유동을 보조하기 위한 캐리어 가스를 공급하는 것으로, 본 실시예의 경우 캐리어 가스로는 질소 가스(N₂)가 이용된다. 그리고, 제1공급라인(30)의 단부에는 방향조절밸브(31)가 설치되는데, 이 방향조절밸브(31)에 관해서는 후술한다.

제2공급라인(40)은 제1공급라인(30)을 통해 공급된 가스를 챔버(10)의 내부로 공급하기 위한 것이다. 제2공급라인(40)의 일단부는 합류관(311)을 통해 방향조절밸브(31)에 연결되고, 제2공급라인(40)의 타단부는 챔버(10)에 마련된 가스분사기에 연결된다. 그리고, 후술하는 바와 같이 제2공급라인(40)을 통해 챔버로 공정에 필요한 가스가 공급된다. 그리고, 제2공급라인(40)에는 제3공급라인(60)이 연결된다. 제3공급라인(60)의 일단부는 제2공급라인(40)에 연결되고, 타단부는 가스 공급원(71~73)에 연결된다. 이때, 가스 공급원(71~73)은 기판에 대한 처리공정 시 이용되는 가스들 중 HF 가스 및 캐리어 가스를 제외한 나머지 가스, 예를 들어 아르곤 가스, 질소 가스 등과 같은 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급원을 포함하며, 기타 다른 가스를 공급하는 가스 공급원을 추가적으로 포함할 수 있다. 그리고, 각 가스 공급원(71~73)에는 공급되는 가스의 양을 조절하는 유량조절기가 마련된다.

벤트라인(50)의 일단부는 방향조절밸브(31)에 연결되고, 타단부는 배기라인(11)에 연결된다. 그리고, 벤트라인(50)에는 체크밸브(51)가 설치되어 있으며, 이 체크밸브(51)는 벤트라인을 유동하는 가스가 역류하는 것을 방지한다.

방향조절밸브(31)는 제1공급라인(30)으로부터 공급되는 가스를 제2공급라인(40) 또는 벤트라인(50)으로 선택적으로 유동시키기 위한 것으로, 3방 밸브(three-way valve)가 채용될 수 있다. 도 2에 화살표로 도시된 바와 같이, 방향조절밸브(31)는 제1공급라인(30)을 통해 공급된 가스가 제2공급라인(40) 또는 벤트라인(50)으로 유동하도록 가스의 유동방향을 제어한다.

제어부는 각 가스 공급원(21,22,71~73)에 마련된 유량조절기, 방향조절밸브(31) 등과 전기적으로 연결하며, 공정에 따라 적정량의 가스가 공급되도록 이들을 제어한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 기판처리장치(100)에서 가스가 공급되는 과정에 관하여 설명한다.

제1공급라인(30)을 통해 공급되는 HF 가스 및 질소 가스는 방향조절밸브(31)를 통과하면서 유동방향이 정해진다. 기판으로 HF 가스가 분사되어야 하는 시점에서는, 제1공급라인(30)을 통해 공급되는 가스는 제2공급라인(40)으로 유동한 후, 챔버(10) 내부의 기판으로 분사된다. 그리고, 기판에 대한 공정이 이루어지지 않는 시점, 예를 들어 기판 처리가 완료된 이후 후속 기판이 준비되기 이전 기간 동안에는, 제1공급라인(30)을 통해 공급되는 가스는 벤트라인(50)으로 유동한 후 배기된다.

그리고, 제3공급라인(60)을 통해 공급되는 가스는 제2공급라인(40)으로 유동한 후, 챔버(10) 내부로 분사된다.

그리고, 제1공급라인(30)을 통해 공급되는 가스와 제3공급라인(60)을 통해 공급되는 가스는 공정 순서에 따라 제2공급라인(40)을 교대로 유동할 수도 있고, 함께 유동할 수도 있다.

한편, 제1공급라인(30)을 통해 공급되는 가스가 제2공급라인(40)으로 유동하는 시점에서, 제1공급라인(30)과 제2공급라인(40)이 합류되는 영역, 즉 합류부와 제1공급라인(30)의 압력이 서로 상이하면, 방향조절밸브(31)를 제2공급라인(40)쪽으로 개방하는 순간, 압력 차이에 의해 순간적으로 가스 흐름이 불안정해지게 된다. 즉, 압력 차이에 의해 어느 한쪽으로 가스가 역류하는 등의 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 기판의 품질이 저하될 우려가 있다. 여기서, 합류부는 제1공급라인(30)과 제2공급라인(40)이 합류되는 영역으로, 본 실시예의 경우 제2공급라인(40)과 방향조절밸브(31)를 연결하는 합류관(311)이 합류부에 해당한다.

한편, 상기한 문제를 방지하고자, 본 실시예에서는 제1공급라인(30)으로부터 제2공급라인(40)으로 가스(HF 가스 및 질소 가스)가 유입될 때 합류부, 즉 합류관(311)과 제2공급라인(40)의 압력이 동일해지도록 제어한다.

이에 관해 구체적으로 설명하면, 먼저 본 실시예에 따른 기판처리장치는 합류관(311)과 제2공급라인(40)의 압력차이를 측정하기 위한 차압계(70)를 더 구비하며, 이 차압계(70)는 합류관(311)과 제2공급라인(40)의 압력차이를 실시간으로 측정한다. 즉, 도 2에 a으로 표시된 지점(합류관의 한 지점)과 b로 표시된 지점(제1공급라인)의 압력차이를 실시간으로 측정한다. 한편, 제1공급라인(30)으로부터 합류관(a 지점)으로 가스가 공급되기 이전에는, 도 2의 a 지점과 a'지점(제3공급라인)의 압력은 거의 동일하다고 볼 수 있으므로, 차압계가 a'지점과 b지점의 압력 차이를 측정하여도 무방할 것이다.

그리고, 제어부는 제1공급라인(30)으로부터 제2공급라인(40)으로 가스가 공급될 때, 제2공급라인과 제1공급라인의 압력이 동일해지도록, 캐리어 가스 공급원에 마련된 유량조절기를 통해 캐리어 가스(질소 가스)의 공급량을 제어한다. 예를 들어, a지점보다 b지점의 압력이 더 높은 경우 질소 가스의 공급량을 감소시키고, a지점의 압력이 b지점 보다 더 높은 경우에는 질소 가스의 공급량을 증가시킴으로써 a지점과 b지점의 압력을 동일하게 한다. 그리고, 이와 같이 제1공급라인(30)과 합류관(311)의 압력이 동일한 상태에서 제1공급라인(30)으로부터 제2공급라인(40)으로 가스가 공급되면, 앞서 설명한 문제, 즉 순간적으로 가스 흐름이 불안정해지게 되는 것이 방지된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 챔버로 공급되는 가스의 흐름이 불안정해 지는 것이 방지되며, 그 결과 기판을 우수한 품질수준으로 처리할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100...기판처리장치 10...챔버
11...배기라인 12...펌프
21...HF 가스 공급원 22...캐리어 가스 공급원
30...제1공급라인 40...제2공급라인
50...벤트라인 60...제3공급라인
70...차압계 73...불활성 가스 공급원
311...합류관 gv...게이트 밸브
s...압력센서 tv...스로틀 밸브

Claims

기판에 대한 처리공정이 진행되는 챔버;
상기 챔버의 내부를 배기하기 위한 배기라인;
HF 가스 공급원 및 상기 HF 가스의 유동을 보조하는 캐리어 가스 공급원과 연결되는 제1공급라인;
상기 제1공급라인의 단부에 설치되며, 상기 제1공급라인을 따라 유동해 온 가스가 유동해 갈 유동방향을 제어하는 방향조절밸브;
상기 제1공급라인을 유동하는 가스가 상기 챔버로 유동되도록, 상기 방향조절밸브와 상기 챔버를 연결하는 제2공급라인;
상기 제1공급라인을 유동하는 가스가 상기 배기라인으로 유동되도록, 상기 방향조절밸브와 상기 배기라인을 연결하는 벤트라인;
일단부는 불활성 가스 공급원에 연결되며, 타단부는 상기 제2공급라인에 연결되는 제3공급라인; 및
상기 제1공급라인을 따라 유동해 온 가스가 상기 제2공급라인 또는 상기 벤트라인으로 유동하도록 상기 방향조절밸브를 제어하며, 상기 제1공급라인을 유동하는 가스가 상기 제2공급라인으로 유동하는 시점에서, 상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인이 합류되는 합류부의 압력과 상기 제1공급라인의 압력이 동일해지도록 상기 캐리어 가스의 공급량을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,
상기 제1공급라인과 상기 합류부의 압력 차이를 감지하는 차압계;를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 차압계에서 감지된 압력 차이를 기초로 상기 캐리어 가스의 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,
상기 벤트라인에는 상기 벤트라인을 따라 유동하는 가스가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.