KR20040104040A - 화학기상증착 장치의 배기시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기상증착장치의 공정챔버의 배기시스템에 관한 것으로서, 공정챔버의 바닥에 형성된 다수의 배기구와; 상기 다수의 배기구와 연결되며, 다수의 배관으로 형성되는 배기매니폴드와; 상기 다수의 배기구와 상기 배기매니폴드의 사이에 위치하며, 상기 배기매니폴드의 각 배관을 개폐하거나 배기압력을 조절하는 다수의 제어밸브와; 상기 다수의 제어밸브의 동작을 제어하는 제어부와; 상기 배기매니폴드로부터 배기가스가 하나로 합류되는 합류관과; 합류관의 끝단에 위치하는 진공펌퍼를 포함하는 화학기상증착장치의 배기시스템을 제공한다

본 발명에 따르면 대면적 LCD 기판을 위한 화학기상증착 장치에 있어서 공정챔버의 부피를 최소화 하면서도, 균일한 배기압력을 얻을 수 있게 되어, 공정의 균일도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 배기매니폴드의 내부에 쌓이는 파우더를 줄임으로써 배기관 청소에 따른 시간적 경제적 손실을 줄일 수 있게 된다.

Description

화학기상증착 장치의 배기시스템{Exhaust system of chemical vapor deposition apparatus}

본 발명은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 장치의 배기시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학기상증착 공정이 이루어지는 공정챔버의 배기시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체웨이퍼나 LCD 글래스(이하 모두 기판이라 함)에 대하여 박막증착, 식각, 세정등의 표면처리를 행하는 방법에는 물리기상증착(Physical Vapor Deposition : PVD)법과 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD)법으로 구분할 수 있다. 그러나 PVD법은 CVD법에 비하여 조성이나 두께의 균일도 및 계단도포성(step coverage)이 좋지 못하므로 일반적으로 CVD법이 흔히 사용되며, CVD법에는 APCVD(Atmospheric pressure CVD), LPCVD(Low pressure CVD), PECVD법등이 있다.

그런데 어떠한 방법에 의하든지 간에, 기판에 대한 박막증착 또는 식각 공정을 수행할 때에는 공정가스가 기판상에 균일하게 분포되게 하여, 균일한 박막증착 또는 식각이 행해질 수 있도록 하여야 하며, 이러한 균일성 확보를 위해 다양한 방법이 강구되고 있다.

본 발명은 그러한 방법중 공정이 수행되는 공정챔버의 배기시스템을 개선함으로써, 균일성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

공정챔버 내부의 미반응가스나 반응에 의해 새로이 발생한 폴리머등의 부산물은 퍼지가스등을 이용해 외부로 배출되지 않으면, 기판의 오염원으로 작용하여제품불량을 초래하게 되므로 이러한 오염원을 완전히 배출시킬 필요가 있다. 특히 공정챔버의 압력은 진공에 가까운 저압상태이므로 자연배기는 불가능하고, 진공펌퍼를 이용해 강제로 배기시켜야 한다.

그런데 박막증착 또는 식각공정이 진행된 후 미반응가스나 폴리머등을 배기하는 과정에서, 적당한 배기압력, 배기속도, 배기방향 등을 확보하지 못하게 되면, 잔류가스의 불균일한 유동이나 와류로 인해 공정균일도가 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 배기구의 위치나 개수를 다양하게 변경하는 방안이 제시되고 있다.

도 1a는 화학기상증착장치 중 하나인 PECVD 장치의 종래 배기시스템을 도시한 것으로서, 공정챔버(11)의 바닥에 형성된 다수의 배기구(15)와, 공정챔버(11) 바닥의 하면에 형성되며, 배기구(15)를 통과한 배기가스가 합류되는 버퍼공간(16)과, 버퍼공간(16)을 거쳐 배출된 배기가스가 통과하는 배기관(17)과, 진공펌퍼(20)와, 버퍼공간(16)의 출구와 진공펌퍼(20)의 중간에 위치하며 배기압력을 조절하는 스로틀 밸브(18)와, 스로틀 밸브(18)와 진공펌퍼(20)의 사이에 위치하며 배기관(17)을 개폐하는 역할을 하는 게이트 밸브(19)와, 상기 진공펌퍼(20)를 통해 배출된 배기가스를 정화하여 외부로 배출하는 가스스크러버(21)를 포함하는 배기시스템을 나타내고 있다.

한편 도1a에서는 2개의 배기구(15)가 도시되어 있으나 그보다 많을 수도 있으며, 상기 버퍼공간(16)은 다수의 배기구(15)를 통과한 배기가스가 합류하여 배기관(17)으로 배출되기 위해 지나는 관로역할을 하기 때문에, 전체적으로 튜브형상을하고 있다.

미설명부호는 각각 공정챔버(11)내에 설치된 서셉터(12)와 서셉터(12)상에 안치된 기판(13), 그리고 반응가스에 RF전력이 인가되어 생성된 플라즈마(14)를 나타낸다.

위와 같은 배기시스템의 구성에서는 다수의 배기구(15)를 통해 배기된 배기가스를 하나의 배기관(17)을 통해 배출하게 되므로, 각 배기구(15) 근처의 배기압력을 균일하게 제어하기가 곤란한 문제가 있다.

도 1b는 종래의 PECVD 장치의 배기시스템 구성의 다른 예를 도시한 것으로서, 도 1a의 경우와 다른 점은 다수의 배기구(15)와 각각 연결된 배기매니폴드(30)를 설치하고, 배기 매니폴드(30)를 통해 배출된 배기가스를 합류관(31)에서 합류시킨 후 배출한다는 점이다. 상기 합류관(31)을 통과한 후의 배기가스의 유동은 도 1a의 경우와 동일하므로, 배기가스는 스로틀밸브(32), 게이트밸브(33), 진공펌퍼(34), 가스 스크러버(35)를 순서대로 거친 후 외부로 배출된다.

또한 배기매니폴드(30)의 끝단이 각 배기구(15)마다 연결되거나, 2이상의 배기구(15)로부터 배출된 가스가 합류되는 버퍼공간(16)의 출구에 연결되므로, 하나의 배기관(17)으로만 배기되는 도 1a의 경우와는 달리 버퍼공간(16)이 튜브형상이 되지는 않는다.

그런데 위와 같은 경우에는 다수의 밸브와 배기매니폴드(30)로 인해 챔버의 부피가 지나치게 커지게 되는 한편, 온도가 낮은 배기매니폴드(30) 내부에 파우더가 쌓이는 문제가 발생한다. 또한 합류관(31)에 스로틀밸브(32)등이 설치되므로,멀리 떨어진 배기구(15) 근처의 배기압력을 정밀하게 제어하기가 곤란하다.

이러한 문제는 기판의 크기가 작은 반도체웨이퍼용 공정챔버에서는 그리 큰 문제가 아닐 수도 있으나, 1100mm*1300mm 정도의 크기를 가지는 대면적의 LCD 기판용 공정챔버인 경우에는 박막균일도를 저하시키는 원인이 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정챔버의 부피를 최소화 하고, 균일한 배기압력을 통해 공정의 균일도를 향상하며, 배기매니폴드의 내부에 쌓이는 파우더를 줄일 수 있는 대면적 LCD 기판용 화학기상증착 장치의 배기시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1a는 종래의 PECVD장치의 배기시스템의 일례를 도시한 구성도

도 1b는 종래의 PECVD장치의 배기시스템의 다른 예를 도시한 구성도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PECVD장치의 배기시스템 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 챔버 12 : 서셉터

13 : 기판 14 : 플라즈마

15 : 배기구 16 : 버퍼공간

100 : 제어밸브 110 : 제어부

120 : 배기매니폴드 130 : 합류관

140 : 진공펌퍼 150 : 가스 스크러버

160 : 히팅장치

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 공정챔버의 바닥에 형성된 다수의 배기구와; 상기 다수의 배기구와 연결되며, 다수의 배관으로 형성되는 배기매니폴드와; 상기 다수의 배기구와 상기 배기매니폴드의 사이에 위치하며, 상기 배기매니폴드의 각 배관을 개폐하거나 배기압력을 조절하는 다수의 제어밸브와; 상기 다수의 제어밸브의 동작을 제어하는 제어부와; 상기 배기매니폴드로부터 배기가스가 하나로 합류되는 합류관과; 합류관의 끝단에 위치하는 진공펌퍼를 포함하는 화학기상증착장치의 배기시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 제어밸브의 일부에 가열장치가 형성된 화학기상증착장치의배기시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 또한 진공펌퍼와 연결되며, 진공펌퍼로 부터 배출된 배기가스를 정화하여 외부로 배출하는 가스 스크러버를 포함하는 화학기상증착장치의 배기시스템을 제공한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 도 1a 및 도1b와 비교하여 동일한 부분은 동일한 기호와 명칭을 사용하기로 한다.

도 2를 살펴보면, 먼저 공정챔버(11)의 바닥에는 다수의 배기구(15)가 설치되어 있으며, 공정가스의 신속한 배출을 위해 상기 배기구(15)의 수는 많을 수록 좋으나, 배기매니폴드(120)로 인해 공정챔버(11)의 부피를 지나치게 크게할 수 있으므로 2개 내지 4개 정도가 바람직하다.

배기구(15)를 통해 배출된 배기가스는 제어밸브(100)를 통해 배기매니폴드(120)로 배출되는데, 상기 제어밸브(100)는 기존의 스로틀밸브와 게이트밸브의 기능을 동시에 수행하는 역할을 한다.

예를 들어, 서셉터(12)에 안착된 기판(13)에 박막증착이나 건식식각등의 공정이 진행되는 동안에는 제어밸브(100)를 닫아 안정된 공정분위기를 조성하고, 공정이 끝난 후에는 제어밸브(100)를 열어 잔류가스를 배출한다. 배기과정 중에도 공정챔버(11)의 진공상태나 배기가스의 양에 따라 밸브의 개폐 정도를 조정함으로써 배기압력을 조절하는 역할을 한다. 이러한 모든 동작은 신호라인(111)을 통해 각 제어밸브(100)를 동시에 제어하는 제어부(110)에 의해 행해진다.

제어밸브(100)의 형태에는 제한이 없으므로 다양한 종류의 밸브를 사용할 수있으며 예를들어 펜들럼밸브(pendulum valve) 같은 것을 사용할 수도 있다.

제어밸브(100)는 공정챔버(11)의 하단에 인접하여 설치하는 것이 바람직한데, 그것은 배기압력 조절기능을 갖는 제어밸브(100)를 배기구(15)에 최대한 가깝게 설치함으로써 배기압력을 정밀하게 제어할 수 있게 되고, 또한 배기관의 길이가 가능한 한 짧게 되어 챔버의 부피를 최소화할 수 있기 때문이다.

그리고 온도차에 의한 파우더의 형성을 줄여 정밀한 제어를 도모하기 위해, 제어밸브(100)의 일부에 히팅(heating)장치(160)를 설치하여 가열할 수도 있다.

또한 도 1b에서는 스로틀밸브(32) 및 게이트 밸브(33)가 배기매니폴드(30)의 각 배관이 합치는 합류관(31)에 설치되어 있으나, 본 발명의 실시예와 같이 제어밸브(100)가 공정챔버(11)와 인접하여 배기매니폴드(120)의 전단에 설치됨으로써, 배기가스의 유속이 빨라져 배기매니폴드(120) 내부에 배기가스의 파우더가 쌓이는 현상을 줄일 수 있다. 배기가스의 유속이 빨라지는 것은 도 1b의 경우와는 달리 진공펌퍼(140)의 펌핑이 배기매니폴드(120)에 직접 작용하기 때문이다.

이와 같이 파우더의 발생을 줄임으로써, 배기매니폴드(120)의 청소나 교체에 따른 시간적, 경제적 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 배기매니폴드(120)의 막힘으로 인한 배기압력의 불균일을 방지할 수 있다.

배기매니폴드(120)에 있어서 분기되는 배관의 수는 배기구(15)의 수와 동일한 것이 바람직하나, 2이상의 배기구(15)를 하나의 배관에 연결하는 것을 배제하는 것은 아니다.

배기매니폴드(120)의 다수의 배관을 통과한 배기가스는 합류관(130)에서 합쳐지며, 진공펌퍼(140)를 거쳐 외부로 배출된다.

또한 진공펌퍼(140)를 통해 배출된 배기가스는 외부로 배출되기 전에 가스 스크러버(150)를 통해 정화과정을 거칠 수도 있다. 상기 정화과정은 화학반응이나 플라즈마 세정등의 과정을 포함한다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대해서 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 당업자에 의해 다양한 수정이나 변경이 가능하며, 그러한 수정이나 변경이 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 한 본 발명의 권리범위에 포함됨은 당연하다.

본 발명에 따르면 대면적 LCD 기판을 위한 화학기상증착 장치에 있어서 공정챔버의 부피를 최소화 하면서도, 균일한 배기압력을 얻을 수 있게 되어, 공정의 균일도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 배기매니폴드의 내부에 쌓이는 파우더를 줄임으로써 배기관 청소에 따른 시간적 경제적 손실을 줄일 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 공정챔버의 바닥에 형성된 다수의 배기구와;

   상기 다수의 배기구와 연결되며, 다수의 배관으로 형성되는 배기매니폴드와;

   상기 다수의 배기구와 상기 배기매니폴드의 사이에 위치하며, 상기 배기매니폴드의 각 배관을 개폐하거나 배기압력을 조절하는 다수의 제어밸브와;

   상기 다수의 제어밸브의 동작을 제어하는 제어부와;

   상기 배기매니폴드로부터 배기가스가 하나로 합류되는 합류관과;

   합류관의 끝단에 위치하는 진공펌퍼

   를 포함하는 화학기상증착장치의 배기시스템
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어밸브는 공정챔버의 하단에 인접 설치되는 화학기상증착장치의 배기시스템
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제어밸브는 일부에 가열장치를 포함하는 화학기상증착장치의 배기시스템
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 진공펌퍼와 연결되며, 상기 진공펌퍼로부터 배출된 배기가스를 정화하여 외부로 배출하는 가스 스크러버를 포함하는 화학기상증착장치의 배기시스템