KR20100002847A - 가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치 - Google Patents

가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치에 관한 것으로,본 발명의 실시예에 따른 가스 공급장치는, 제1 가스를 제공하는 제1 가스공급원;상기 제1 가스의 공급경로를 제공하는 제1 공급라인;상기 제1 공급라인에 연결되며, 상기 제1 가스를 공급장소의 복수 개소로 공급하는 복수의 제1 분기라인;제2 가스를 제공하는 제2 가스공급원;상기 제2 가스의 공급경로를 제공하는 제2 공급라인; 및 상기 제2 가스를 분류시키는 복수의 제2 분기라인;을 구비하며, 복수의 상기 제2 분기라인은, 복수의 상기 제1 분기라인 각각에 하나씩 연결됨으로써, 기판의 처리공간에 대응되는 영역을 분할하여 가스를 공급할 수 있으므로, 기판 처리에 따른 공정의 균일성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치{Apparatus for supplying gas and apparatus for processing substrate using tHe smae}
본 발명은 가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 처리를 위한 가스를 공급하는 가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치에 관한 것이다.
반도체 장치, 액정 표시 장치 등의 제조공정은, 기판 상에 도전막 또는 절연막을 형성하는 증착공정과, 기판 상에 형성된 막을 식각하는 식각공정을 포함한다.
상술한 식각공정에는 건식 식각의 하나로 플라즈마 식각장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 식각장치는 처리공간 내에, 기판을 지지하는 하부 전극과, 하부 전극의 기판을 향해서 가스를 분출하는 샤워헤드를 가지고 있다. 샤워헤드는 상부 전극을 구성하고 있다.
식각처리는 샤워헤드로부터 소정의 가스를 분출한 상태로, 양 전극사이에 고주파를 인가하여, 처리공간 내에 플라즈마를 생성하는 것에 의해 기판 상의 막을 식각한다.
한편, 식각처리를 위해 공급되는 가스는 기판 상에 형성된 막의 재질에 따라 다른 가스를 사용해야 하며, 복수의 가스를 혼합하여 사용하는 경우도 있다. 따라서, 식각처리를 위해 공급되는 가스는 혼합비, 농도, 공급량 등이 균일하게 조성되어야만 한다.
상술한 바와 같이, 기판의 식각공정과 같은 처리에 있어서, 식각처리를 위해 공급되는 가스의 혼합비, 농도, 공급량 등을 균일하게 조성하는 것은 현재까지 중요 과제 중의 하나로 남아 있다.
특히, 기판의 대면적화가 진행됨에 따라, 가스의 혼합비, 농도, 공급량을 대면적에 대해 균일하게 조성해야 하므로, 가스의 균일성 확보의 과제 해결이 절실하게 요구되고 있다.
이에 따른 본 발명의 목적은, 기판의 처리공간으로 가스를 균일하게 공급하도록 한 가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 공급장치는, 제1 가스를 제공하는 제1 가스공급원;상기 제1 가스의 공급경로를 제공하는 제1 공급라인;상기 제1 공급라인에 연 결되며, 상기 제1 가스를 공급장소의 복수 개소로 공급하는 복수의 제1 분기라인;제2 가스를 제공하는 제2 가스공급원;상기 제2 가스의 공급경로를 제공하는 제2 공급라인; 및 상기 제2 가스를 분류시키는 복수의 제2 분기라인;을 구비하며, 복수의 상기 제2 분기라인은, 복수의 상기 제1 분기라인 각각에 하나씩 연결된다.
상기 제1 공급라인과 복수의 상기 제1 분기라인은, 복수의 상기 제2 분기라인과 복수의 상기 제1 분기라인의 연결지점보다 상류에서 연결될 수 있다.
상기 제1 공급라인의 라인 상에 배치되어, 상기 제1 가스의 유량을 조절하는 제1 밸브; 및 복수의 상기 제1 분기라인으로 향하는 복수의 상기 제2 분기라인의 라인 상에 각각 개별 배치되어, 상기 제2 가스의 유량을 조절하는 제2 밸브;를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리장치는, 기판을 처리하는 처리공간을 제공하는 챔버;제1 가스를 제공하는 제1 가스공급원;상기 제1 가스의 공급경로를 제공하는 제1 공급라인;상기 제1 공급라인에 연결되며, 상기 제1 가스를 상기 처리공간의 복수 개소로 공급하는 복수의 제1 분기라인;제2 가스를 제공하는 제2 가스공급원;상기 제2 가스의 공급경로를 제공하는 제2 공급라인; 및 상기 제2 가스를 분류시키는 복수의 제2 분기라인;을 구비하며, 복수의 상기 제2 분기라인은, 복수의 상기 제1 분기라인 각각에 하나씩 연결된다.
상기 제1 공급라인과 복수의 상기 제1 분기라인은, 복수의 상기 제2 분기라인과 복수의 상기 제1 분기라인의 연결지점보다 상류에서 연결될 수 있다.
상기 기판 처리장치는, 상기 제1 공급라인의 라인 상에 배치되어, 상기 제1 가스의 유량을 조절하는 제1 밸브; 및 복수의 상기 제1 분기라인으로 향하는 복수의 상기 제2 분기라인의 라인 상에 각각 개별 배치되어, 상기 제2 가스의 유량을 조절하는 제2 밸브;를 더 구비할 수 있다.
상기 기판 처리장치는, 상기 처리공간에 지지되는 상기 기판 측으로 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스를 토출하는 샤워헤드를 더 구비하며, 복수의 상기 제1 분기라인은 상기 샤워헤드의 복수 개소에 결합될 수 있다.
상기 샤워헤드는, 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스가 확산되는 내부공간을 형성하며, 복수의 상기 제1 분기라인이 결합되는 위치에 따라 상기 내부공간을 복수의 영역으로 분할하는 격벽을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치는, 기판의 처리공간에 대응되는 영역을 분할하여 가스를 공급할 수 있으므로, 기판 처리에 따른 공정의 균일성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급장치 및 이를 이용한 기판 처리장치에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리장치의 샤워헤드를 도 1에 표기된 I-I'선을 기준으로 절단한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리장치(500)는 기판 처리부(100)와 가스 공급부(300)를 구비한다. 기판 처리부(100)는 내부에 기판(S)의 처리공간(110)을 제공하는 챔버(101)를 구비한다. 처리공간(110)의 하부에는 기판(S)을 지지하기 위한 스테이지(130)가 구비된다. 처리공간(110)의 상부에는 기판(S) 측으로 가스를 분사하는 샤워헤드(150)를 구비한다.
샤워헤드(150)와 스테이지(130)는 전기적으로 연결되어, 샤워헤드(150)는 상부전극이 되고, 스테이지(130)는 하부전극이 된다. 기판 처리장치(500)는, 샤워헤드(150)를 통해 처리공간(110)으로 가스를 분출한 상태로 양 전극사이에 고주파를 인가하여, 처리공간(110) 내에 플라즈마를 생성한다. 이와 같이 생성되는 플라즈마를 이용하여 기판(S)의 처리 예컨대, 식각 공정을 수행한다.
한편, 샤워헤드(150)는 가스 공급부(300)로부터 가스를 공급받아, 처리공간(110)으로 가스를 분사시킨다. 가스 공급부(300)는 제1 가스공급원(310), 제1 공급라인(311), 제1 분기라인(313), 제2 가스공급원(330), 제2 공급라인(331) 및 제2 분기라인(333)을 구비한다.
제1 가스공급원(310)과 제2 가스공급원(330)은, 공정가스로 널리 사용되는 SF6, CF4, O2, He, HCl, Cl2 및 캐리어가스로 사용되는 N2, Ar 등의 가스를 제공한다. 이때, 기판(S) 처리에 있어서, 제1 가스공급원(310)에 봉입된 가스는 메인 가스로 사용된다. 제2 가스공급원(330)에 봉입된 가스는 메인 가스에 의해 진행되는 기판(S)의 처리의 개선 예컨대, 가스 농도의 균일성을 맞추기 위한 특정 가스를 제1 가스공급원(310)으로부터 공급되는 제1 가스(G1)에 부가하기 위한 서브 가스로 사용된다.
제1 공급라인(311)과 제2 공급라인(331)은, 제1 가스공급원(310)에 의해 제공되는 제1 가스(G1)와 제2 가스공급원(330)에 의해 제공되는 제2 가스(G2)의 공급경로를 제공한다. 제1 분기라인(313)과 제2 분기라인(333)은 각각 복수로 마련되어, 제1 공급라인(311)과 제2 공급라인(331)을 각각 복수로 분기하여, 제1 가스(G1)와 제2 가스(G2)를 분류한다. 이때, 복수의 제1 분기라인(313)은 샤워헤드(150)의 복수개소에 결합되어, 제1 가스(G1)를 샤워헤드(150)의 복수개소로 공급한다.
여기서, 샤워헤드(150)는 공급되는 가스를 확산시키기 위한 내부공간(151)을 형성한다. 샤워헤드(150)는 내부공간(151)을 처리공간(110)의 중앙부에 대응되는 제1 영역(151a)과 처리공간(110)의 주연부에 대응되는 제2 영역(151b)으로 분할하는 격벽(155)을 구비한다.
이에 따라, 제1 분기라인(313)은 적어도 둘 이상으로 마련되어, 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)에 각각 결합된다. 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)에 각각 결합되는 제1 분기라인(313)은, 제1 가스(G1)를 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)으로 분류하여, 제1 가스(G1)가 처리공간(110)의 중앙부와 주연부에 균일하게 분사되도록 한다.
한편, 복수의 제2 분기라인(333)은 적어도 복수 개로 마련되어, 제1 분기라인(313)에 각각 개별 결합된다. 이때, 제1 공급라인(311)과 복수의 제1 분기라인(313)은, 복수의 제2 분기라인(333)과 복수의 제1 분기라인(313)의 연결지점보다 상류에서 연결되는 것이 바람직하다. 왜냐 하면, 제1 공급라인(311)과 복수의 제1 분기라인(313)이 복수의 제2 분기라인(333)과 복수의 제1 분기라인(313)의 연결지점보다 하류에 연결된다면, 제1 가스(G1)가 제1 공급라인(311)을 따라 역류하여, 제2 가스(G2)를 공급하고자 하는 영역 외의 영역으로 공급되어, 가스의 균일성을 보장하기 곤란하기 때문이다.
따라서, 제1 공급라인(311)과 복수의 제1 분기라인(313)은, 복수의 제2 분기라인(333)과 복수의 제1 분기라인(313)의 연결지점보다 상류에서 연결하여, 제2 가스(G2)의 역류를 방지하는 것을 방지할 수 있다.
도시되지 않았지만, 더욱 바람직하게는 제2 가스(G2)가 제1 공급라인(311)으로 역류하여 제1 가스(G1)의 공급을 방해하는 것을 방지하기 위해서, 제1 분기라인(313)의 경로 중, 제1 분기라인(313)과 제2 분기라인(333)의 결합되는 지점의 상류에 체크밸브를 각각 배치할 수 있다.
한편, 제1 공급라인(311)의 라인 상에는 제1 가스(G1)의 유량을 조절하는 제1 밸브(315)가 구비되며, 복수의 제1 분기라인(313)으로 향하는 복수의 제2 분기라인(333)의 라인 상에는 제2 가스(G2)의 유량을 조절하는 제2 밸브(335)가 각각 개별 배치된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리장치의 작동에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 이하에서 언급되는 각각의 요소들은 상술한 설명과 도면을 참조하여 이해하여야 한다.
도 3, 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 가스공급 상태를 나타낸 작동도이다. 도 3을 참조하면, 기판의 처리를 위해 제1 공급밸브(315)는 개방되고, 제1 가스공급원(310)으로부터 제1 가스(G1)가 공급된다. 이때, 공급되는 제1 가스(G1)는, 공정가스로 SF6, CF4, O2, He, HCl, Cl2 중 어느 하나 또는, SF6, CF4, O2, He, HCl, Cl2 중 복수개가 혼합된 가스일 수 있으며, 캐리어가스로 사용되는 N2, Ar 중 어느 하나 일 수 있다.
제1 가스(G1)는 제1 공급라인(311)을 따라 처리공간(110) 측으로 진행한다. 제1 가스(G1)는 복수의 제1 분기라인(313)에 의해 분류되어 샤워헤드(150)의 내부공간(151)으로 공급된다. 이때, 제1 가스(G1)는 샤워헤드(150)의 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)으로 균일하게 분류된다. 제1 가스(G1)는 샤워헤드(150)의 내부공간(151)에서 확산되며, 처리공간(110)의 중앙부와 처리공간(110)의 주연부로 균일하게 공급된다.
이어, 도 6을 참조하면, 처리공간(110)으로 제1 가스(G1)의 공급이 유지되면서, 기판(S) 처리의 개선 예컨대, 가스 농도의 균일성을 맞추기 위해, 복수의 제2 공급밸브(335)가 개방된다. 제2 공급밸브(335)가 개방됨에 따라 제2 가스공급원(330)으로부터 제2 가스(G2)가 공급된다. 이때, 공급되는 제2 가스(G2)는 이미 제1 가스(G1)에 포함되는 가스 중에 다른 가스에 비해 농도가 낮은 어느 하나 또는, 복수의 공정가스 또는, 캐리어가스일 수 있다.
제2 가스(G2)는 제2 공급라인(331)을 따라 처리공간(110) 측으로 진행한다. 제2 가스(G2)는 복수의 제2 분기라인(333)에 의해 분류되어 제1 분기라인(313)과 제2 분기라인(333)이 결합되는 지점에서 제1 가스(G1)와 합류된다. 제1 가스(G1)와 합류한 제2 가스(G2)는 샤워헤드(150)의 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)으로 균일하게 분류된다. 제1 가스(G1)는 샤워헤드(150)의 내부공간(151)에서 확산되며, 처리공간(110)의 중앙부와 처리공간(110)의 주연부로 균일하게 공급된다.
이와 같이, 기판 합착장치(100)는 제2 가스(G2)를 제1 분기라인(313)에서 제1 가스(G1)와 합류시켜, 기판(S) 처리 중, 공정가스 또는 캐리어가스로 사용되는 가스의 농도를 균일성을 맞출수 있다.
한편, 제2 가스(G2)는 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)으로 각각 분류되어 공급되므로, 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)으로 공급되는 제2 가스(G2)의 공급량을 각 영역별로 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 가스(G1)의 공급량이 처리공간(110)의 중앙부보다 처리공간(110)의 주연부에 많다면, 제1 영역(151a)으로 제2 가스(G2)를 공급하여, 제1 가스(G1)의 부족한 공급량을 보충할 수 있다. 이때, 복수의 제2 공급밸브(335) 중, 제2 영역(151b)과 연결되는 제2 분기라인(333)에 설치되는 제2 공급밸브(335)는 제2 공급라인(331)을 폐쇄시켜, 제2 가스(G2)의 공급을 차단한다.
반면, 제1 가스(G1)의 공급량이 처리공간(110)의 주연부보다 처리공간(110) 의 중앙부에 많다면, 제2 영역(151b)으로 제2 가스(G2)를 공급하여, 제1 가스(G1)의 부족한 공급량을 보충할 수 있다. 이때, 복수의 제2 공급밸브(335) 중, 제1 영역(151a)과 연결되는 제2 분기라인(333)에 설치되는 제2 공급밸브(335)는 제2 공급라인(331)을 폐쇄시켜, 제2 가스(G2)의 공급을 차단한다.
이와 같이, 기판 처리장치(100)는 제1 영역(151a)과 제2 영역(151b)으로 제1 가스(G1) 및 제2 가스(G2)를 차등 공급하여 가스의 균일성을 확보할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리장치의 샤워헤드를 도 1에 표기된 I-I'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 3, 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 가스공급 상태를 나타낸 작동도이다
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100 : 기판 처리장치 200 : 기판 처리부
300 : 가스 공급부 310 : 제1 가스공급원
311 : 제1 공급라인 313 : 제1 분기라인
330 : 제2 가스공급원 331 : 제2 공급라인
333 : 제2 분기라인

Claims (8)

  1. 제1 가스를 제공하는 제1 가스공급원;
    상기 제1 가스의 공급경로를 제공하는 제1 공급라인;
    상기 제1 공급라인에 연결되며, 상기 제1 가스를 공급장소의 복수 개소로 공급하는 복수의 제1 분기라인;
    제2 가스를 제공하는 제2 가스공급원;
    상기 제2 가스의 공급경로를 제공하는 제2 공급라인;및
    상기 제2 공급라인에 연결되고, 상기 제2 가스를 분류시키는 복수의 제2 분기라인;을 구비하며,
    복수의 상기 제2 분기라인은, 복수의 상기 제1 분기라인 각각에 하나씩 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 공급장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 공급라인과 복수의 상기 제1 분기라인은,
    복수의 상기 제2 분기라인과 복수의 상기 제1 분기라인의 연결지점보다 상류에서 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 공급장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 공급라인의 라인 상에 배치되어, 상기 제1 가스 의 유량을 조절하는 제1 밸브; 및
    복수의 상기 제1 분기라인으로 향하는 복수의 상기 제2 분기라인의 라인 상에 각각 개별 배치되어, 상기 제2 가스의 유량을 조절하는 제2 밸브;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 공급장치.
  4. 기판을 처리하는 처리공간을 제공하는 챔버;
    제1 가스를 제공하는 제1 가스공급원;
    상기 제1 가스의 공급경로를 제공하는 제1 공급라인;
    상기 제1 공급라인에 연결되며, 상기 제1 가스를 상기 처리공간의 복수 개소로 공급하는 복수의 제1 분기라인;
    제2 가스를 제공하는 제2 가스공급원;
    상기 제2 가스의 공급경로를 제공하는 제2 공급라인;및
    상기 제2 가스를 분류시키는 복수의 제2 분기라인;을 구비하며,
    복수의 상기 제2 분기라인은, 복수의 상기 제1 분기라인 각각에 하나씩 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 공급라인과 복수의 상기 제1 분기라인은,
    복수의 상기 제2 분기라인과 복수의 상기 제1 분기라인의 연결지점보다 상류 에서 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 공급장치.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 제1 공급라인의 라인 상에 배치되어, 상기 제1 가스의 유량을 조절하는 제1 밸브; 및
    복수의 상기 제1 분기라인으로 향하는 복수의 상기 제2 분기라인의 라인 상에 각각 개별 배치되어, 상기 제2 가스의 유량을 조절하는 제2 밸브;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 공급장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 처리공간에 지지되는 상기 기판 측으로 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스를 토출하는 샤워헤드를 더 구비하며,
    복수의 상기 제1 분기라인은 상기 샤워헤드의 복수 개소에 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  8. 제4 항에 있어서, 상기 샤워헤드는,
    상기 제1 가스 및 상기 제2 가스가 확산되는 내부공간을 형성하며,
    복수의 상기 제1 분기라인이 결합되는 위치에 따라 상기 내부공간을 복수의 영역으로 분할하는 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
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KR20160006675A (ko) * 2013-05-13 2016-01-19 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 가스를 공급하는 방법 및 플라즈마 처리 장치
KR102088210B1 (ko) * 2020-01-31 2020-03-12 (주)아이솔루션 반도체 공정 챔버의 벤트 조절 장치

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