KR20060061299A - 기판처리시스템 - Google Patents

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KR20060061299A
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다카오 호리우치
히로아키 오가미노
야스히로 니이무라
히로시 핫토리
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Abstract

기판의 처리표면에 필요한 반응물질이나 캐리어 가스를 효율적으로 이용하고, 가스 전달을 위한 장비를 간소화하며 에너지 절감을 실현하는 기판처리시스템이 제공된다. 이 시스템은 반응물질을 포함하는 처리가스를 공급하는 가스공급원(12), 처리가스를 저장하기 위해 가스공급원(12)에 연결되는 저장탱크(14), 내부에 위치되는 기판을 처리가스에 노출시키는 리액터(10), 리액터(10) 내부의 처리가스를 저장탱크(14)로 유입하는 제 1 순환파이프(38), 저장탱크(14) 내 처리가스의 적어도 일부를 리액터(10)로 유입하는 제 2 순환파이프, 및 리액터(10) 안으로 유입되는 처리가스의 양을 조절하기 위해 제 2 처리파이프(42) 내 배치되는 흐름조절밸브(44)를 포함한다.

Description

기판처리시스템{SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 기판처리시스템, 구체적으로는 반응물질에 노출되는 기판의 표면을 처리하는 기판처리시스템에 관련된다
종래, 예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 가스를 이용하는 기판표면 처리방법에 있어서, 기판의 표면은 도핑 등의 처리를 위해 상대적으로 긴 시간 동안에 반응물질을 포함하는 처리가스에 노출된다.
반응 이후에 처리가스의 특성의 변화가 없거나, 특성 변화에 관계없이 처리가스가 재사용될 수 있는 경우에는, 처리가스 재사용이 시도된다. 처리가스의 이러한 재사용은 비용 절감뿐만 아니라 기판 자체, 인체, 또는 환경에 유해한 영향을 감소시키는 측면에서 유리하다.
또한, 진공 펌프의 축을 시일링하는 시일링 가스로서, 배기 가스의 재사용 기술이 알려져 있으나(예를 들면, 특허문서 1 참고), 이 기술은 가스 내 포함된 반응물질의 효율적인 이용이라는 측면에서는 불충분하다. 또한, 진공챔버로부터 방출된 가스가 진공챔버로 재순환하는 반도체 제조 시스템이 알려져 있다(예를 들면, 특허문서 2 참고). 이 시스템은 고정량의 가스 흐름이 계속되는 처리를 취급할 수는 있으나, 가스 흐름이 간헐적인 경우에는 취급할 수 없다는 문제점을 갖는다.
[특허문서 1]
JP-A-2000-9037
[특허문서 2]
JP-A-평9-251981
선행 기술의 상술한 문제점의 측면에서, 본 발명의 목적은 기판의 표면을 처리하는데 필요한 반응물질이나 캐리어 가스를 효율적으로 이용하여, 가스 전달을 위한 장비를 간단하게 하고, 에너지를 절감하는 기판처리시스템을 제공하는 데 있다.
선행기술의 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 실시예는, 기판처리시스템에 있어서: 반응물질을 포함하는 처리가스를 공급하는 가스공급원; 상기 처리가스를 저장하기 위해 상기 가스공급원에 연결되는 저장탱크; 그 내부에 위치하는 기판을 상기 처리가스에 노출시키는 리액터; 상기 리액터 내부의 처리가스를 상기 저장탱크 안으로 유입시키는 제 1 순환파이프; 상기 저장탱크 내 처리가스의 적어도 일부를 상기 리액터 안으로 유입시키는 제 2 순환파이프; 및 상기 리액터 안으로 유입되는 처리가스의 양을 조절하기 위해 상기 제 2 순환파이프 내 배치되는 흐름조절밸브를 포함하는 기판처리시스템을 제공한다. 여기서, "반응"의 의미는 화학적 반응뿐만 아니라, 기판의 표면이 물질 등의 부착에 의해 고유의 특성으로부터 그 조건이 변경되는 현상까지를 의미한다.
이러한 구성에 의해, 기판의 표면을 처리하기 위해 요구되는 반응물질을 포함하는 처리가스가 순환될 수 있고, 처리가스가 효율적으로 재사용될 수 있다. 또한, 가스 전달을 위한 장비가 간소화되고, 에너지 절감이 실현된다. 또한, 방출 가스가 일시적으로 저장탱크에 저장되고, 요구에 따라 가스의 소정량이 재사용될 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판처리시스템은 가스 흐름이 간헐적인 경우에도 대처할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 리액터로부터 처리가스를 추출하고, 그것을 상기 제 1 순환파이프를 통해 저장탱크로 유입하는 펌프를 더 포함하는 기판처리시스템이다.
상술한 본 발명에 의하면, 기판의 표면을 처리하는데 요구되는 반응물질을 포함하는 처리가스가 순환될 수 있어, 처리가스가 효율적으로 재사용될 수 있다. 또한, 가스 전달을 위한 장비가 간소해지고, 에너지 절감이 실현될 수 있다.
본 출원은 여기서 참조에 의해 전체적으로 통합되는, 2003년 7월 4일 일본에서 출원된 일본특허출원 제 2003-191756호에 의거한다.
본 발명은 후술하는 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 수 있다. 본 발명의 추가적인 출원 영역은 후술하는 상세한 설명을 통해 더욱 분명해질 것이다. 한편, 상술한 설명에서의 구체적인 실시예는 설명을 목적으로만 개시되는 본 발명의 바람직한 실시예에 불과하다. 당해 기술분야의 숙련자에게는, 본 발명의 영역 및 사상 이내에서 다양한 변경 및 수정이 행해질 수 있음이 분명하다.
출원인은 설명된 실시예 중 어느 것을 공중에 바친다는 것을 의도하지 않는다. 문자 그대로는 커버되지 않는 것들 중에 개시된 수정 및 치환들은, 균등의 사상 아래에서 본 발명의 일부로 주장될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판처리시스템의 전반적인 구성을 나타내는 도면.
이제, 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 기판처리시스템의 실시예가 상세히 설명된다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판처리시스템의 전반적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 기판처리시스템은: 처리될 기판이 위치되는 리액터(10); 반응물질을 포함하는 제 1 처리가스를 리액터(10)에 공급하는 제 1 가스공급원(12); 제 1 가스공급원(12)에 연결되는 저장탱크(14); 제 2 처리가스를 리액터(10)에 공급하는 제 2 가스공급원(16); 밸브(18)를 거쳐 리액터(10)에 연결되는 터보-분자 펌프(20); 및 터보-분자 펌프(20)의 하류에 위치되는 건조펌프(22)를 포함한다.
건조펌프(26)는 파이프(24)를 통해 저장탱크(14)에 연결되고, 저장탱크(14) 내부 압력을 감소시킨다. 밸브(28)가 저장탱크(14)와 건조펌프(26)를 연결하는 파이프(24) 내에 배치된다. 또한, 밸브(32)는 저장탱크(14)와 제 1 가스공급원(12)을 연결하는 파이프(30) 내에 배치된다.
또한, 압력펌프(36)가 밸브(34)를 통해 리액터(10)에 연결된다. 압력펌프(36)는 밸브(40)가 배치되는 (제 1)순환파이프(38)를 통해 저장탱크(14)에 연결된다. 또한, 저장탱크(14)는 (제 2)순환파이프(42)를 통해 리액터(10)에 연결되고, 순환파이프(42)에 리액터(10)로 유입되는 제 1 처리가스 양을 조절하기 위한 흐름조절밸브(44)가 배치된다. 또한, 리액터(10) 내부의 처리가스는 순환파이프(38)를 거쳐 저장태크(14) 안으로 유입되고, 저장탱크(14)의 처리가스 중 적어도 일부는 순환파이프(42)를 거쳐 리액터(10) 안으로 유입된다. 또한, 제 2 가스공급원(16)은 파이프(46)를 통해 리액터(10)에 연결되고, 파이프(46)에는 리액터(10)로 유입되는 제 2 처리가스 양을 조절하기 위한 흐름조절밸브(48)가 배치된다.
이제, 상술한 기판처리시스템을 이용해 기판을 처리하는 방법이 설명된다. 먼저, 제 1 가스공급원(12)과 저장탱크(14) 사이의 밸브(32)와 건조펌프(26)와 저장탱크(14) 사이의 밸브가 개방되고, 저장탱크(14)과 리액터(10) 사이의 흐름조절밸브(44)와 압력펌프(36)와 저장탱크(14) 사이의 밸브(40)가 닫힌다. 이러한 상황 하에서, 건조펌프(21)가 구동되어 저장탱크(14)의 내부 압력을 주어진 값 Pr로 감소시키고, 이후 제 1 처리가스가 제 1 가스공급원(12)으로부터 저장탱크(14)에 유입되어 보존된다.
본 실시예에서, 건조펌프(26)는 저장탱크(14)의 내부 압력을 감소하는데 이용된다. 한편, 터보-분자 펌프(20)와 건조펌프(22)가 저장탱크(14)의 내부 압력을 감소시키기 위한 건조펌프(26)를 대신해 이용될 수 있으며, 이때 밸브(18)와 흐름조절밸브(44) 또는 밸브(18, 34, 40)들은 개방된다. 또한, 제 1 가스공급원(가스 실린더)(12) 내 압력이 충분히 높은 경우, 제 1 처리가스는 건조펌프(22, 26)나 터보-분자 펌프(20)를 이용하지 않고 저장탱크(14) 내부로 유입될 수 있다. 본 실시예에서는 반응물질을 포함하는 처리가스가 제 1 가스공급원(12)으로부터 공급되었 지만, 캐리어 가스가 제 1 가스공급원(12)으로부터 공급될 수 있고, 이 캐리어 가스와 반응물질은 제 1 가스공급원(12)의 하류에서 함께 섞여 제 1 처리가스를 형성할 수도 있다.
그 후에, 터보-분자 펌프(20) 하류에 배치되는 밸브(18)가 열리고, 터보-분자 펌프(20)와 건조펌프(22)는 리액터(10)의 내부 압력을 저장탱크(14) 내 내부압력 Pr 보다 높지 않은 값으로 감소시키기 위해 구동된다. 이후, 밸브(18)가 닫히고, 리액터(10) 내부에 기밀하게 밀폐된 공간을 형성한다.
이러한 상황 하에서, 밸브(34)가 압력펌프(36) 하류에 배치되는 경우, 압력펌프(36)와 저장탱크(14) 사이의 밸브(40)와 저장탱크(14)와 리액터(10) 사이의 흐름조절밸브(44)가 열리고, 다른 밸브들은 닫히며, 높은 압력의 저장탱크(14) 내 제 1 처리가스가 낮은 압력의 리액터(10)로 흘러서, 제 1 처리가스는 리액터(10)로 유입된다. 이때, 흐름조절밸브(44)의 개방이 제어되어, 리액터(10)에 유입되는 처리가스의 양을 조절한다.
리액터(10) 내부에 위치되는 기판은 리액터(10)로 유입되는 제 1 처리가스에 노출되고, 제 1 처리가스 내 포함된 반응물질이 기판 표면 위에 부착한다(부착 프로세스). 제 1 처리가스의 순환 시스템이 리액터(10), 압력펌프(36), 순환파이프(38), 저장탱크(14), 및 순환파이프(42)에 의해 형성되기 때문에, 압력펌프(36)가 구동되어 리액터(10)와 저장탱크(14) 간의 압력차가 발생될 때, 제 1 처리가스가 연속해서 순환될 수 있다. 이때, 밸브(40)는 제 1 처리가스를 간헐적으로 순환시키기 위해 열리고 닫힐 수 있다.
본 실시예에서는 압력펌프(36)를 이용해 제 1 처리가스가 순환되었지만, 이 펌프 이외의 다른 순환 기구를 이용해 순환될 수 있다. 또한, 처리가스 내 불리한 물질(응축물 등)을 제거하기 위한 제거 장치(예를 들면, 필터)가 순환파이프(38 또는 42) 내 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서는, 제 1 가스공급원(12)으로부터의 제 1 처리가스가 상술한 순환 시스템을 통해 재사용된다. 따라서, 처리가스가 효율적으로 재사용될 수 있고, 가스 전달을 위한 장비가 간소해질 수 있으며, 에너지 절감이 실현된다.
제 1 처리가스의 재사용이 한계에 달하거나, 제 1 처리가스의 특성이 어떤 이유로 인해 재사용에 적합하지 않은 것으로 바뀐 때, 건조펌프(26)와 저장탱크(14) 사이의 밸브(28)가 열리고, 건조펌프(26)가 구동되어 외부로 처리가스를 방출한다.
한편, 제 2 처리가스가 사용된 때, 제 2 처리가스는 리액터(10) 내 반응을 위해, 흐름조절밸브(48)를 거쳐 제 2 가스공급원(16)으로부터 리액터(10)로 유입된다. 그 후, 흐름조절밸브(48)가 닫히고, 터보-분자 펌프(20)의 상류에 배치되는 밸브(18)가 열리며, 터보-분자 펌프(20)와 건조 펌프(22)를 구동해, 반응 이후에 제 2 처리가스를 제거장치(미도시)를 지나 통과한 이후에 시스템 외부로 방출한다.
일련의 처리들을 완료한 이후, 처리된 기판은 리액터(10)로부터 제거되고, 다음 기판이 리액터(10) 안으로 위치되며, 상술한 절차가 반복된다. 기판은 리액터(10) 내에 하나씩 또는 배치(batch)의 형태로 적재될 수 있다.
본 실시예에서는, 제 1 가스공급원(12)과 제 2 가스공급원(16)이 제공되는 경우가 설명되었지만, 제 1 가스공급원(12)만 제공되거나, 복합적인 종류의 가스 공급원이 제공될 수 있다. 마찬가지로, 저장탱크, 순환파이프들, 및 펌프의 개수는 도면에 그려진 것으로 제한되지 않고, 기판처리시스템의 동작을 위해 필요한 다양한 측정 기구 및 제어장치가 요구에 따라 추가적으로 제공될 수 있다.
본 발명은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition)에 적합하게 적용된다. 본 방법에서, 기판의 표면은 반응물질에 노출되어 매우 낮은 프로파일(얇은) 층을 형성하며, 이 절차는 기판의 표면을 처리하기 위해 반복된다. 원자층 증착에 의하면, 각각 수 개의 원자 단위(나노미터)의 두께를 갖는 수십 내지 수백의 매우 낮은 프로파일(얇은) 층이 기판의 표면에 증착될 수 있어, 막 두께의 미묘하고 자유로운 조절을 가능하게 한다. 이 원자층 증착은 반응물질을 포함하는 대량의 가스를 이용하지만, 하나의 반응 처리에서는, 소량의 반응물질만이 기판의 목표 영역에 부착되고, 대부분의 반응물질은 반응하지 않은 채 남는다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 충분한 양의 미반응 반응물질을 포함하는 가스가 외부로 직접 방출되지 않고 이용될 수 있다. 따라서, 반응물질이나 캐리어 가스의 낭비, 가스 전달을 위한 펌프 장치 등의 장비의 사이즈 증가를 피할 수 있고, 에너지 소비가 제어된다. 이러한 실시예에서, 복수의 성막 가스들이 제 1 처리가스로 이용된다. 예를 들면, 질화 규소의 막이 형성되는 경우에, 시레인-베이스(silane-based) 가스와 암모니아-베이스(ammonia-based) 가스가 동시에 또는 번갈아가며 공급된다. 그들이 번갈아가며 공급될 때는, 또 다른 저장고가 제공되는 것이 바람직하다.
제 2 처리가스와 관련해, 한 성막 가스가 리액터에 유입되고 저장탱크 내 제 1 처리가스와 혼합되어 혼합 가스의 농도가 조절되거나, 할로겐-베이스의 세정 가스가 성막 이후에 어떤 순환도 요구하지 않는 리액터(10)를 세정하기 위해 공급될 수 있다. 구체적으로, 성막 가스와 세정 가스의 반응이 부산물을 발생하는 경우에, 제 2 처리가스(세정 가스)를 공급하여 그것이 저장탱크를 우회하도록 하는 것이 효율적이다.
본 발명의 실시예가 상술되었지만, 본 발명이 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 개념의 영역 이내에서 다양한 변경이 행해질 수 있다.

Claims (3)

  1. 기판처리시스템에 있어서:
    반응물질을 포함하는 처리가스를 공급하는 가스공급원;
    상기 가스공급원에 연결되 상기 처리가스를 저장하는 저장탱크;
    그 내부에 위치하는 기판을 상기 처리가스에 노출시키는 리액터;
    상기 리액터 내부의 처리가스를 상기 저장탱크 안으로 유입시키는 제 1 순환파이프;
    상기 저장탱크 내 처리가스의 적어도 일부를 상기 리액터 안으로 유입시키는 제 2 순환파이프; 및
    상기 제 2 순환파이프 내 배치되어, 상기 리액터 안으로 유입되는 처리가스의 양을 조절하는 흐름조절밸브를 포함하는 기판처리시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리액터로부터 상기 처리가스를 추출하고, 그것을 상기 제 1 순환파이프를 통해 상기 저장탱크로 유입하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 처리가스에 포함된 것과는 다른 반웅물질을 포함하는 제 2 처리가 스를, 제 2 처리가스가 상기 저장탱크를 우회하도록, 상기 리액터에 공급하는 제 2 가스공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
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