KR102401742B1 - 활성가스라인의 온도조절이 가능한 챔버세정장치 - Google Patents

활성가스라인의 온도조절이 가능한 챔버세정장치 Download PDF

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Abstract

원격 플라즈마를 이용한 챔버세정장치가 개시된다. 본 발명예에 따른 챔버세정장치는, 세정가스 활성화장치에서 생성된 활성화된 세정가스를 챔버로 전달하는 활성가스라인이 가스분사모듈에 의하여 냉각된다. 그러면, 활성가스라인과 세정가스 활성화장치측의 배출관의 연통 부위 및 활성가스라인과 챔버의 유입관의 연통 부위에 각각 설치된 실링부재가 열에 의하여 손상되는 것이 방지되므로, 제품의 내구성이 향상되는 효과가 있을 수 있다. 그리고, 가스분사모듈에서 분사되어 활성가스라인을 냉각시키는 가스가 난반사를 일으키면서, 활성가스라인측으로 재분사되므로, 활성가스라인의 전체 부위가 균일하게 냉각되는 효과가 있을 수 있다. 그리고, 가스분사모듈의 밸브의 개폐 정도를 조절하면, 활성가스라인으로 분사되는 가스의 양을 조절할 수 있으므로, 활성가스라인의 냉각온도를 조절할 수 있는 효과가 있을 수 있다

Description

활성가스라인의 온도조절이 가능한 챔버세정장치 {CHAMBER CLEANING APPARATUS CAPABLE OF CONTROLLING TEMPERATURE OF ACTIVITY GAS LINE}
본 발명은 챔버를 세정하기 위한 활성화된 세정가스를 챔버측으로 공급하는 활성가스라인을 냉각시킴으로써, 내구성을 향상시킨 챔버세정장치에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 평판표시장치 등은, 실리콘 기판 또는 유리 기판 등과 같은 기판에 절연층, 도전층 또는 유전체층 등을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 증착된 박막들 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각공정 등에 의하여 제조된다.
그리고, 박막은 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)에 의하여 형성된다. CVD란, 열, 플라즈마 또는 광 등과 같은 외부 에너지를 사용하여 혼합가스를 활성화시켜 분해하고, 화학적 기상반응으로 기판 위에 분해된 혼합가스를 증착하여 박막을 형성하는 기술이다.
플라즈마 에너지를 이용한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)의 경우, 챔버의 내부에서 혼합가스가 분해될 때 생성되는 부산물이 챔버의 내면 등에 부착된다. 그리고, 챔버의 내면에 부착된 부산물은 박막 증착 공정이 반복됨에 따라 누적된다.
그런데, 챔버의 내면에 부착된 부산물이 박리되면, 박리된 부산물이 챔버의 내부에서 부유하면서 기판에 부착될 수 있고, 이로 인해 기판이 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 챔버에 부착된 부산물을 제거하기 위한 세정작업을 주기적으로 실시하여야 한다.
챔버를 세정하는 방법은 플라즈마를 이용한 건식세정과 세정액을 이용한 습식세정으로 대별될 수 있다. 건식세정은 세정가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 만들고, 플라즈마 상태의 세정가스를 챔버로 공급하여 부산물을 분해함으로써, 부산물을 가스 상태로 만들어 제거하는 방법이다.
플라즈마를 이용한 건식세정에는 챔버의 외부에서 세정가스를 플라즈마 상태로 활성화시켜 챔버로 공급하는 원격 플라즈마를 이용한 세정방법이 있다.
종래의 원격 플라즈마를 이용한 챔버세정장치는 챔버, 상기 챔버의 외부에 설치되어 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생기 및 상기 챔버와 상기 플라즈마 발생기 사이에 설치되어 상기 플라즈마 발생기에서 생성된 플라즈마를 상기 챔버로 공급하는 활성가스라인을 구비한다.
그런데, 종래의 원격 플라즈마를 이용한 챔버세정장치는 상기 활성가스라인을 냉각시킬 수 있는 아무런 수단이 없다. 이로 인해, 고온의 플라즈마 상태의 세정가스가 통과하는 상기 활성가스라인의 온도가 상승하였을 때, 상기 활성가스라인과 상기 플라즈마 발생기측의 연통 부위를 실링하는 실링부재 및 상기 활성가스라인과 상기 챔버측의 연통 부위를 실링하는 실링부재가 열에 의하여 손상되는 단점이 있다.
원격 플라즈마를 이용한 챔버세정장치와 관련한 선행기술은 한국공개특허공보 제10-2007-0055655호 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 활성가스라인의 온도조절이 가능한 챔버세정장치를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 세정가스를 활성화시켜 플라즈마를 생성하는 세정가스 활성화장치에서 생성된 활성화된 세정가스를 챔버로 공급하는 활성가스라인을 냉각시킴으로써, 활성가스라인과 세정가스 활성화장치측의 연통 부위에 설치된 실링부재 및 활성가스라인과 챔버측의 연통 부위에 설치된 실링부재가 열에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있는 활성가스라인의 온도조절이 가능한 챔버세정장치를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 활성가스라인의 온도조절이 가능한 챔버세정장치는, 기판이 투입되어 처리되는 챔버의 외측에 설치되며, 상기 챔버를 세정하기 위한 세정가스를 활성화시키는 세정가스 활성화장치; 상기 세정가스 활성화장치에서 활성화된 세정가스를 상기 챔버로 공급하는 활성가스라인; 상기 활성가스라인으로 가스를 분사하여 상기 활성가스라인의 온도를 조절하는 가스분사모듈을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 챔버세정장치는, 세정가스 활성화장치에서 생성된 활성화된 세정가스를 챔버로 전달하는 활성가스라인이 가스분사모듈에서 분사되는 냉각용 가스에 의하여 냉각된다. 그러면, 활성가스라인과 세정가스 활성화장치측의 배출관의 연통 부위 및 활성가스라인과 챔버의 유입관의 연통 부위에 각각 설치된 실링부재가 열에 의하여 손상되는 것이 방지되므로, 제품의 내구성이 향상되는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 가스분사모듈에서 분사되어 활성가스라인을 냉각시키는 가스가 난반사를 일으키면서, 활성가스라인측으로 재분사되므로, 활성가스라인의 전체 부위가 균일하게 냉각되는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 가스분사모듈의 밸브의 개폐 정도를 조절하면, 활성가스라인으로 분사되는 가스의 양을 조절할 수 있으므로, 활성가스라인의 냉각온도를 조절할 수 있는 효과가 있을 수 있다
도 1은 PECVD장치에 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버세정장치가 설치된 것을 보인 도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버세정장치의 요부 사시도.
도 3은 도 2의 일부 분해 사시도.
도 4는 도 2의 정면도.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마를 이용한 챔버세정장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 PECVD장치에 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버세정장치가 설치된 것을 보인 도로서, 이를 설명한다.
도시된 바와 같이, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)장치는 기판(50)이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버(10)를 포함할 수 있고, 챔버(10)는 상면이 개방된 본체(11)와 본체(11)의 개방된 상면에 결합된 리드(15)를 포함할 수 있다. 이때, 리드(15)는 플라즈마전극의 기능을 할 수 있다.
챔버(10)의 내부 하면측에는 기판(50)이 탑재 지지되는 서셉터(21)가 리드(15)과 대향되게 설치될 수 있고, 서셉터(21)는 플라즈마전극의 상대전극 기능을 할 수 있다.
리드(15)의 상면에는 기판(50)에 형성하고자 하는 박막과 대응되는 성분의 혼합가스를 챔버(10)로 공급하기 위한 가스공급관(23)이 설치될 수 있고, 내부에는 가스공급관(23)에서 공급된 가스가 확산되는 확산공간(15a)이 형성될 수 있다. 이때, 혼합가스는 공정가스(또는 소스가스)와 희석가스(또는 반응가스)가 혼합된 가스일 수 있다. 그리고, 리드(15)의 하면에는 확산공간(15a)으로 유입된 혼합가스가 기판(50)측으로 균일하게 분사되도록 안내하는 복수의 분사공(15b)이 형성될 수 있다.
그리하여, 혼합가스를 분사하면서 리드(15)에 전원을 인가하면, 리드(15)와 서셉터(21) 사이에서 플라즈마 방전이 발생하고, 플라즈마 방전에 의해 분해된 혼합가스의 분자들이 기판(50)에 증착되므로, 기판(50) 상에 박막이 형성된다.
챔버(10)에서 혼합가스가 분해될 때, 부산물이 생성되고, 부산물은 챔버(10)의 내면 등에 부착된다. 이때, 챔버(10)의 내면에 부착된 부산물은 박막 증착 공정이 반복됨에 따라 누적된다. 그런데, 챔버(10)의 내면에 부착된 부산물이 소정 두께가 되면 박리되고, 박리된 부산물은 챔버(10)의 내부를 부유하면서 기판(10)에 부착되어 기판(50)을 손상시킬 수 있다.
이러한 이유로, 챔버(10)에 부착된 부산물을 제거하기 위한 세정작업을 주기적으로 실시하여야 한다.
챔버(10)에 부착된 부산물을 제거하기 위한 챔버세정장치(100)에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버세정장치의 요부 사시도이고, 도 3은 도 2의 일부 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 정면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 챔버세정장치(100)는 세정가스 활성화장치(110)(도 1 참조), 활성가스라인(120), 가스분사모듈(130) 및 단열부재(140)를 포함할 수 있다.
세정가스 활성화장치(110)는 챔버(110)의 외측인 리드(115)의 상면에 설치될 수 있으며, 세정가스를 분해할 수 있다. 즉, 세정가스 활성화장치(110)는 세정가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 이때, 세정가스는 NF3인 것이 바람직하다.
활성가스라인(120)은 세라믹재로 형성될 수 있으며, 세정가스 활성화장치(110)에서 생성된 플라즈마 상태의 세정가스를 챔버(10)로 공급할 수 있다. 이를 위하여, 활성가스라인(120)의 일단부 및 타단부는 세정가스 활성화장치(110)와 연통된 배출관(112) 및 챔버(10)와 연통된 유입관(10a)과 각각 연결되어 연통될 수 있다.
활성가스라인(120)의 일단부와 배출관(112) 및 활성가스라인(120)의 타단부와 유입관(10a)은 클램프(123)에 의하여 상호 연결될 수 있다. 그리고, 활성가스라인(120)과 배출관(112)의 연통 부위 및 활성가스라인(120)과 유입관(10a)의 연통 부위는 링 형상의 실링부재(125)에 의하여 실링될 수 있다. 이때, 실링부재(125)는 클램프(123)의 내부에 삽입 설치되어 클램프(123)에 의하여 지지될 수 있다.
그리하여, 세정가스 활성화장치(110)에서 생성된 플라즈마 상태의 세정가스가 활성가스라인(120)을 통하여 챔버(10)로 공급되면, 플라즈마 상태의 세정가스가 챔버(10)의 내면에 부착된 부산물을 분해한다. 그리고, 분해된 부산물은 가스 상태가 되어 챔버(10)의 외부로 배출된다.
플라즈마 상태의 세정가스는 고온이므로, 활성가스라인(120)도 가열될 수 있다. 그러면, 활성가스라인(120)의 양단부측에 설치된 실링부재(125)가 열에 의하여 손상될 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 가스분사모듈(130)은 활성가스라인(120)을 냉각시킬 수 있다. 가스분사모듈(130)은 활성가스라인(120)으로 냉각용 가스를 공급하여 활성가스라인(110a)을 냉각시킬 수 있으며, 가스공급부(미도시), 분사관(131) 및 밸브(135)를 포함할 수 있다. 가스분사모듈(130)에서 활성가스라인(120)으로 분사되는 가스는 공기일 수 있으며, 상기 가스공급부는 펌프 또는 압축기 등으로 마련될 수 있다.
분사관(131)은 상기 가스공급부에서 공급된 가스를 전달받아 활성가스라인(120)으로 분사할 수 있으며, 제1분사관(131a)과 제2분사관(131b)을 포함할 수 있다. 제1분사관(131a)은 복수개 마련되어 상기 가스공급부측과 연통될 수 있고, 활성가스라인(120)과 평행하게 설치될 수 있으며, 활성가스라인(120)으로 가스를 분사하기 위한 복수의 분사공(131aa)이 형성될 수 있다. 제2분사관(131b)은 제1분사관(131a)에서 각각 분기된 복수개로 마련될 수 있으며, 활성가스라인(120)의 길이방향에 대하여 소정 각도를 가질 수 있다. 도 3 및 도 4에는 제2분사관(131b)이 활성가스라인(120)의 길이방향과 직교하는 것을 예로 들어 도시한다. 제2분사관(131b)에도 활성가스라인(120)으로 가스를 분사하기 위한 복수의 분사공(131ba)이 형성됨은 당연하다.
밸브(135)는 분사관(131)에 설치되어 상기 가스공급부에서 분사관(131)으로 공급되는 가스의 양을 조절할 수 있다. 즉, 밸브(135)를 정역회전시켜, 분사관(131)의 개폐정도를 조절하면, 상기 가스공급부에서 분사관(131)으로 공급되는 가스의 양을 조절할 수 있으므로, 활성가스라인(120)으로 분사되는 가스의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 활성가스라인(120)의 냉각온도를 조절할 수 있다.
단열부재(140)는 원통형상으로 형성되어, 활성가스라인(120)을 감싸는 형태로 설치될 수 있다. 그리고, 가스분사모듈(130)은 단열부재(140)의 내부에 지지 설치될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 단열부재(140)의 일단면(一端面)측 및 타단면(他端面)측에 제1분사관(131a)의 일단부측 및 타단부측이 지지될 수 있다.
단열부재(140)는 분사관(131)에서 분사되는 가스가 단열부재(140) 외측의 공기와 열교환하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 단열부재(140)는 분사관(131)에서 분사되는 가스를 난반사시킬 수 있다. 상세히 설명하면, 분사관(131)에서 활성가스라인(120)측으로 분사된 가스는 활성가스라인(120)을 지나서 단열부재(140)의 내면에 부딪히게 된다. 그런데, 단열부재(140)의 내면이 곡면이므로, 분사관(131)에서 분사된 가스는 단열부재(140)의 내면에 부딪혀 난반사를 일으키면서 활성가스라인(120)측으로 재분사되는 형태가 된다. 이로 인해, 활성가스라인(120)의 전체 부위가 균일하게 냉각될 수 있다.
본 실시예에 따른 챔버세정장치(100)는 세정가스 활성화장치(110)에서 생성된 플라즈마 상태의 세정가스를 챔버(10)로 전달하는 활성가스라인(120)이 가스분사모듈(130)에 의하여 냉각된다. 그러면, 활성가스라인(120)과 배출관(112)의 연통 부위에 설치된 실링부재(125) 및 활성가스라인(120)과 유입관(10a)의 연통 부위에 설치된 실링부재(125)가 열에 의하여 손상되는 것이 방지되므로, 내구성이 향상된다.
그리고, 가스분사모듈(130)의 분사관(131)에서 활성가스라인(120)으로 분사된 가스가 단열부재(140)에서 난반사되어 활성가스라인(120)으로 재분사되므로로, 활성가스라인(120)의 전체 부위가 균일하게 냉각된다.
그리고, 가스분사모듈(130)의 밸브(135)의 개폐 정도를 조절하면, 활성가스라인으로 분사되는 가스의 양을 조절할 수 있으므로, 활성가스라인의 냉각온도를 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 챔버세정장치(100)는 PECVD장치 뿐만 아니라, 다양한 형태의 기판처리장치에도 설치되어 사용될 수 있음은 당연하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 챔버
100: 챔버세정장치
110: 세정가스 활성화장치
120: 활성가스라인
130: 단열부재

Claims (5)

  1. 기판이 투입되어 처리되는 챔버의 외측에 설치되며, 상기 챔버를 세정하기 위한 세정가스를 활성화시키는 세정가스 활성화장치;
    상기 세정가스 활성화장치에서 활성화된 세정가스를 상기 챔버로 공급하는 활성가스라인;
    상기 활성가스라인으로 가스를 분사하여 상기 활성가스라인의 온도를 조절하는 가스분사모듈; 및
    상기 활성가스라인의 외측에 설치된 단열부재를 포함하고,
    상기 가스분사모듈은 상기 단열부재의 내부에 지지 설치되는 것을 특징으로 하는 챔버세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사모듈은,
    가스공급부;
    상기 가스공급부에서 공급된 가스를 상기 활성가스라인으로 분사하는 복수의 분사공이 형성된 분사관을 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버세정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분사관은 상기 활성가스라인과 평행을 이루는 제1분사관과 상기 제1분사관에서 분기되며 상기 활성가스라인의 길이방향에 대하여 소정 각도를 가지는 제2분사관을 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버세정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단열부재는 상기 활성가스라인을 감싸는 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 챔버세정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스분사모듈에서 분사된 가스는 난반사를 일으켜 상기 활성가스라인으로 재반사되는 것을 특징으로 하는 챔버세정장치.
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