KR20190035149A

KR20190035149A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Info

Publication number: KR20190035149A
Application number: KR1020170124040A
Authority: KR
Inventors: 조재환; 양대현
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-04-03
Also published as: KR102344450B1

Abstract

본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판에 가스를 분사하는 복수의 분사홀들이 형성된 가스 분사 유닛, 상기 가스 분사 유닛으로 가스 공급 라인을 통해 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 제어부를 포함하되, 상기 가스 분사 유닛은 서로 분리된 복수의 영역들을 포함하고, 상기 복수의 영역들은 상기 가스 공급 유닛과 서로 다른 가스 공급 라인을 통해 연결되고, 상기 가스 공급 라인에는 제어 밸브 및 압력 게이지가 구비되어, 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 상기 제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 비대칭적인 챔버 구조에서도 우수한 공정 균일도를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 영역별로 가스 공급 유량을 제어함으로써 기판 처리 균일도를 향상시키는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.

진공 챔버 내에 공정 가스를 공급하면서 기판에 증착, 식각 등 소정의 처리를 하는 반도체 제조 공정에 있어서, 기판 영역별 공정 균일도(Process uniformity)는 매우 중요하게 취급된다. 그러나 기판이 대구경화되고 패턴이 점점 미세화됨에 따라 기판의 영역별, 특히 센터(center) 영역과 에지(edge) 영역에서 동일한 공정 특성을 얻는 것은 여전히 어려운 과제이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 챔버 내에 공정 가스를 분사하는 샤워헤드(Shower head)를 센터와 에지 영역으로 분리하고, 영역별로 공급되는 가스 유량을 조절할 수 있도록 하는 기술이 제시되었다. 이러한 기술을 사용하면 각 영역별 공급 가스 유량을 조절하여 기판 처리 후, 별도의 특성 검사를 통해 공정 균일도를 평가한 다음 이를 바탕으로 다시 공급 가스 유량을 미세 조정함으로써 공정 균일도를 향상시키는 것이 가능하다.

그러나 이러한 기술은 만족할만한 균일도를 얻을 때까지 기판 처리 및 특성 검사 과정을 반복하여야 하므로 비효율적이고, 전체 공정 가스 유량이나 챔버 압력 등 다른 공정 조건이 변경되면 다시금 동일한 과정을 반복하여야 하는 문제가 있다. 또한 공정 균일도에 악영향을 줄 수 있는 상황이나 이벤트를 공정 진행 중에 인시튜(in-situ)로 인지하여 바로 잡을 수 없는 한계가 있다.

뿐만 아니라, 진공 배기구의 위치, 챔버 내 부품 배치 등에 의해 챔버 내 전체 가스 분포는 대칭적이지 않은 것이 일반적이므로, 센터와 에지, 또는 센터, 미들(Middle), 에지 영역으로 분리하여 공급 가스 유량을 조절하는 것으로는 기판 전면에서 균일한 처리가 이루어지도록 하는데 충분하다고 할 수 없다. 예를 들어 사이드 펌핑(Side pumping) 방식의 챔버에서는 기판의 외주 방향으로 특정 위치에 불균일이 발생하기 쉬운데, 이는 기판 반경 방향으로의 가스 공급 유량을 조절하는 것으로 해결하기가 쉽지 않고, 오히려 이러한 시도는 다른 위치에서의 불균일을 심화시키는 결과를 초래할 수 있다.

또한 샤워헤드나 가스 공급 라인 등은 여러 부품들이 조립된 구성이므로 그 조립 상태가 불량하거나 파트 파손 등의 하드웨어 문제가 발생하는 경우에도 기판 처리 불균일로 이어질 수 있다. 그러나 종래기술은 기판 처리 불균일이 공정의 문제인지 아니면 하드웨어의 문제인지를 구분하기 어렵고, 이는 불필요한 시간 및 비용 소모의 원인이 된다.

본 발명은 기판 영역별 공정 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기판 처리 공정 중에 인시튜(in-situ)로 공정 균일도에 악영향을 줄 수 있는 상황을 인지하여 바로 잡을 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 비대칭적인 구조의 챔버 내에서도 기판 영역별 공정 균일도를 미세하게 조정할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기판 처리 공정 중에 하드웨어 이상을 감지할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기판처리장치는, 챔버 내부에서 기판 처리 공정이 수행되는 기판 처리 장치로서, 상기 챔버 내부에 위치하여 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 지지 유닛과 대향되게 제공되며 가스를 분사하는 복수의 분사홀들이 형성된 가스 분사 유닛, 상기 가스 분사 유닛으로 가스 공급 라인을 통해 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 제어부를 포함하되, 상기 가스 분사 유닛은 서로 분리된 복수의 영역들을 포함하고-상기 복수의 분사홀들은 상기 복수의 영역들 중 어느 하나의 영역에 연통됨, 상기 복수의 영역들은 상기 가스 공급 유닛과 서로 다른 가스 공급 라인을 통해 연결되고, 상기 가스 공급 라인에는 가스 공급 유량을 제어하는 제어 밸브가 구비되고, 상기 제어 밸브와 상기 가스 분사 유닛 사이에는 압력 게이지가 구비되고, 상기 제어부는 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 상기 제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 복수의 영역들은 각각 복수의 서브 영역들로 분리될 수 있고, 상기 가스 공급 라인은 복수의 분기 라인으로 분기되어 상기 분기 라인들 각각 이 상기 서브 영역들 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 또한 상기 복수의 영역들은 기판 반경 방향으로 분리된 영역들이고, 상기 복수의 서브 영역들은 상기 복수의 영역들이 기판 외주 방향으로 분리되어 형성된 것일 수 있다.

상기 제어부는, 상기 가스 분사 유닛에 공급되는 전체 가스 유량이 일정하게 유지되도록 상기 제어 밸브를 제어할 수 있고, 특히 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 상기 제어 밸브를 비례 제어(Proportional control)할 수 있다.

상기 챔버 내부는 비대칭적인 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 하드웨어 이상 여부를 판단하고, 하드웨어 이상으로 판단되는 경우 알람을 발생시키거나 기판 처리 공정을 중단시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 기판 처리 방법은, 가스를 분사하는 복수의 분사홀들이 형성되고 서로 분리된 복수의 영역들을 포함하는 가스 분사 유닛, 상기 가스 분사 유닛으로 가스 공급 라인을 통해 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하고-상기 복수의 영역들은 상기 가스 공급 유닛과 서로 다른 가스 공급 라인을 통해 연결됨, 상기 가스 공급 라인에 가스 공급 유량을 제어하는 제어 밸브 및 압력 게이지가 구비되는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서, (a) 상기 제어 밸브를 조절하여 상기 복수의 영역들로 처리 가스를 공급하는 단계 및 (b) 상기 압력 게이지에서 측정된 압력을 기초로 상기 제어 밸브를 조절하여 상기 복수의 영역으로 공급되는 처리 가스 유량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복수의 영역들은 각각 복수의 서브 영역들로 분리되고, 상기 가스 공급 라인은 복수의 분기 라인으로 분기되고, 상기 분기 라인들은 각각 상기 서브 영역들 중 어느 하나에 연결되며, 상기 (b) 단계는 각 가스 공급 라인을 흐르는 가스 유량은 고정한 상태에서 상기 압력 게이지에서 측정된 압력을 기초로 상기 분기 라인에 구비된 상기 제어 밸브를 제어하는 것일 수 있다. 여기서, 상기 (b) 단계는, 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 상기 제어 밸브를 비례 제어(Proportional control)하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 상기 압력 게이지에서 측정된 압력값이 정상 범위가 아닌 것으로 판단되는 경우, 하드웨어 이상으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 압력 게이지에서 측정된 압력값이 기 설정된 상한 또는 하한 임계값을 벗어나거나, 복수의 압력 게이지들에서 측정된 압력값들 간의 차이가 기 설정된 범위 이상인 경우, 정상 범위가 아닌 것으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 상기 (b) 단계 이후에, 상기 압력 게이지로부터 압력 측정값을 재수신하여 개선 정도가 정상 범위가 아닌 것으로 판단되는 경우, 하드웨어 이상으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 재수신한 압력 측정값의 변화량이 기 설정된 기준에 미치지 못하거나, 복수의 압력 게이지들 사이의 압력 측정값 차이 감소량이 기 설정된 기준에 미치지 못하는 경우, 정상 범위가 아닌 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 가스 분사 유닛의 분리된 각 영역에 연결되는 가스 공급 라인 상에 가스 공급 유량을 제어하는 제어 밸브 및 압력 게이지를 구비하고, 압력 게이지의 측정 결과에 따라 제어 밸브를 피드백 제어함으로써, 기판 영역별 공정 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 압력 측정 결과를 피드백하여 각 영역별 가스 공급 유량을 제어함으로써, 공정 균일도에 악영향을 줄 수 있는 상황이나 이벤트를 기판 처리 공정 중에 인시튜(in-situ)로 인지하여 바로 잡을 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가스 분사 유닛을 기판의 외주 방향으로 복수 영역으로 구획한 후 구획된 각 영역에 연결되는 가스 공급 라인 상에 가스 공급 유량을 제어하는 제어 밸브 및 압력 게이지를 구비하고, 압력 게이지의 측정 결과에 따라 제어 밸브를 피드백 제어함으로써, 비대칭적인 구조의 챔버 내에서도 기판 영역별 공정 균일도를 미세하게 조정할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기 설정된 기준에 따라 압력 게이지의 측정값이 정상 범위인지를 판단함으로써, 기판 처리 공정 중에 하드웨어 이상을 감지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 I-I선 단면도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치의 변형예이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 6는 도 5의 기판 처리 장치의 가스 분사 유닛 단면도이다.
도 7은 도 5의 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 하드웨어 이상을 여부를 판단하여 처리하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이하의 설명은 구체적인 실시예를 포함하지만, 본 발명이 설명된 실시예에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 I-I선 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 분사 유닛(300), 가스 공급 유닛(400) 및 제어부(600)를 포함한다.

챔버(100)는 기판 처리 공정이 수행되는 내부 공간을 제공한다. 기판 처리 공정은 진공 분위기에서 수행될 수 있으며, 이를 위해 챔버(100)에는 배기구(110)가 형성된다. 배기구(110)에는 배기라인(111)을 통해 진공 펌프(P)가 연결된다.

챔버(100) 내부에는 기판(W)을 지지하기 위한 지지 유닛(200)이 구비된다. 지지 유닛(200)에는 기판을 움직이지 않도록 고정하는 정전척, 진공척, 기계적 클램프 등의 고정 수단이 포함될 수 있고, 기판(W)을 소정 온도 범위로 유지하기 위한 가열 수단, 냉각 수단 등이 포함될 수 있다.

가스 분사 유닛(300)은 기판 처리를 위한 처리 가스를 기판(W)에 분사하는 구성으로, 기판(W)과 대향하는 면에 복수의 분사홀(350)이 형성된다. 가스 분사 유닛(300)에는 기판의 반경 방향으로 격리된 복수의 확산 챔버(310)가 형성되며, 복수의 분사홀(350)들은 어느 하나의 확산 챔버(310)와 연통된다. 확산 챔버(310)는 중앙 영역으로부터 반경 방향으로 제1 확산 챔버(311), 제2 확산 챔버(313), 제3 확산 챔버(315)가 순차적으로 구비될 수 있고, 제1 내지 3 확산 챔버(311, 313, 315)는 각각 기판(W)의 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역에 처리 가스를 분사할 수 있도록 배치될 수 있다. 각 확산 챔버(311, 313, 315)는 격벽(330)에 의해 분리될 수 있다.

가스 공급 유닛(410)은 처리 가스들을 저장하고 있는 가스 공급원(410), 가스 공급원(410)으로부터의 가스 공급 유량을 제어하는 공급 밸브(430), 공급 밸브(430)를 통해 가스를 제공 받아 혼합된 가스를 가스 분사 유닛(300)의 확산 챔버(310)로 공급하기 위한 가스 분배기(450)를 포함할 수 있다. 예를 들어 A 가스와 B 가스를 기판(W)에 분사하여 기판 처리를 수행하는 공정에서는, 공급 밸브(430)를 제어하여 A 가스와 B 가스를 가스 분배기(450)로 공급하고, 가스 분배기(450)에서 혼합된 혼합 가스를 가스 분사 유닛(300)의 제1 내지 3 확산 챔버(311, 313, 315)로 제공하여 분사홀(350)을 통해 기판(W)에 분사되도록 할 수 있다.

가스 분배기(450)와 확산 챔버(310)는 가스 공급 라인(510)으로 연결된다. 이때 각 확산 챔버(311, 313, 315)는 가스 분배기(450)와 서로 다른 가스 공급 라인(511, 513, 515)을 통해 연결된다. 즉, 가스 분배기(450)와 제1 확산 챔버(311)는 제1 가스 공급 라인(511)을 통해 연결되고, 가스 분배기(450)와 제2 확산 챔버(313)는 제2 가스 공급 라인(513)을 통해 연결되며, 가스 분배기(450)와 제3 확산 챔버(315)는 제3 가스 공급 라인(515)을 통해 연결될 수 있다. 가스 분배기(450)는 각 가스 공급 라인(511, 513, 515)마다 서로 다른 유량의 가스를 공급함으로써 각 확산 챔버(311, 313, 315)에 다른 유량으로 가스를 분배할 수 있다.

각 가스 공급 라인에는 제어 밸브(530) 및 압력 게이지(550)가 구비된다. 제어 밸브(530)는 가스 분배기(450)로부터 확산 챔버(310)로의 가스 공급 유량을 조절하기 위한 밸브로, 제1 내지 3 가스 공급 라인(511, 513, 515)에 각각 제1 내지 3 제어 밸브(531, 533, 535)가 구비된다. 압력 게이지(550)는 제어 밸브(530)와 확산 챔버(310)를 연결하는 가스 공급 라인(510) 상에 구비되어 압력을 측정한다. 제1 제어 밸브(531)와 제1 확산 챔버(311) 사이에는 제1 압력 게이지(551)가 구비되고, 제2 제어 밸브(533)와 제2 확산 챔버(313) 사이에는 제2 압력 게이지(553)가 구비되며, 제3 제어 밸브(535)와 제3 확산 챔버(315) 사이에는 제3 압력 게이지(555)가 구비될 수 있다.

제어부(600)는 압력 게이지(550), 제어 밸브(530), 가스 공급 유닛(400)에 접속되어, 챔버(100)로의 가스 공급을 제어하는 구성이다. 제어부(600)는 압력 게이지(550)의 측정값을 전송 받아 이를 기초로 제어 밸브(530)를 통한 가스 공급 유량을 조절할 수 있다. 제어부(600)는 제1 내지 3 압력 게이지(551, 553, 555)에 각각 연결되어 각 압력 게이지로부터의 신호값을 개별적으로 전송 받을 수 있고, 제1 내지 3 제어 밸브(531, 533, 535)와 각각 연결되어 각 제어 밸브를 독립적으로 제어할 수 있다.

도 1 및 도 2에 예시된 기판 처리 장치(10)를 이용한 기판 처리 방법을 도 3을 참조하여 설명한다.

챔버(100) 내부로 기판(W)이 장입되어 기판 지지 유닛(200)에 지지되고, 공급 밸브(430)를 조절하여 가스 분배기(450)에 처리 가스가 제공되는 상태에서, 제어 밸브(530)를 조절하여 가스 분배기(450)에서 확산 챔버(310)로 처리 가스를 공급한다(S110 단계). 제1 내지 제3 제어 밸브(531, 533, 535)는 제1 내지 제3 가스 공급 라인(511, 513, 515)으로 동일한 유량의 가스가 공급되도록 조절될 수도 있고, 기판 영역별로 균일한 처리가 이루어질 수 있도록 기 설정된 서로 다른 유량의 가스가 공급되도록 조절될 수도 있다.

각 가스 공급 라인(511, 513, 515)에 구비된 압력 게이지(550)는 측정된 압력값을 제어부로 전송한다(S120 단계). 이때 제어부(600)는 제1 내지 3 압력 게이지(551, 553, 555)에 각각 연결되어 각 압력 게이지로부터의 신호값을 개별적으로 전송 받음으로써, 영역별 압력 변화를 기판 처리 공정 중에 바로 인지할 수 있다.

제어부(600)는 압력 게이지(550)로부터 전송받은 압력값을 기초로 제어 밸브(530)를 조절한다(S130 단계). 구체적으로는 압력 게이지(550)에서 측정되는 압력값이 기 설정된 기준에 맞도록 제어 밸브(530)를 조절하는 것일 수 있다. 여기서 기 설정된 기준은 제1 내지 3 압력 게이지(551, 553, 555)마다 개별적으로 부여된 기준 압력값일 수 있고, 제1 내지 3 압력 게이지(551, 553, 555)에서의 측정 압력값이 동일한 값이 되는 기준일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 3 압력 게이지(551, 553, 555)에서의 측정 압력값이 동일한 값이 되는 기준이 기 설정된 경우, 기판 처리 공정 중에 제3 압력 게이지(555)로부터 전송된 압력값이 제1 및 제2 압력 게이지(551, 553)으로부터 전송된 압력값보다 작은 것으로 판단되면, 제3 가스 공급 라인(515)으로 더 많은 유량의 가스가 흐르도록 제3 제어 밸브(535)를 더 개방할 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 의하면, 가스 분배기(450)에서 가스 분사 유닛(300)의 분리된 각 영역(확산 챔버)으로 공급되는 처리 가스의 압력을 압력 게이지(550)로 기판 처리 공정 중에 측정하고 이를 바탕으로 가스 공급 유량을 제어할 수 있으므로, 기판 영역별 공정 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 공정 균일도에 악영향을 줄 수 있는 상황이나 이벤트가 발생하는 경우 이를 압력 게이지의 측정값으로부터 기판 처리 공정 중에 인지할 수 있으므로, 이를 인시튜(in-situ)로 바로 잡을 수 있다.

도 1 내지 도 3에서는 가스 분사 유닛(300)에 중앙 영역으로부터 반경 방향으로 3개의 확산 챔버가 구비되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 가스 분사 유닛(300)에 구비된 분리된 영역의 수나 배치는 다양하게 변경될 수 있다.

도 4는 도 1의 기판 처리 장치의 변형예이다.

도 4의 기판 처리 장치(20)는 가스 분배기(450)에서 연장된 하나의 메인 가스 공급 라인(505)이 제1 내지 제3 가스 공급 라인(511, 513, 515)으로 분기되는 구조하는 점에서, 가스 분배기(450)에 제1 내지 제3 가스 공급 라인(511, 513, 515)이 바로 연결되는 도 1의 기판 처리 장치(10)와 차이가 있다. 이러한 구조는 메인 가스 공급 라인(505)으로 흐르는 전체 가스 유량은 일정하게 유지되는 상태에서 제1 내지 제3 가스 공급 라인(511, 513, 515)에 흐르는 가스 유량을 상대 조절하는데 유용할 수 있다.

한편 진공 배기구의 위치가 일측에 치우쳐 있거나 챔버 내 부품 배치가 대칭적이지 않은 경우 등 비대칭적인 챔버 구조에서는 가스 분사 유닛(300)을 통해 기판 반경 방향으로 대칭적인 가스 공급이 이루어지더라도 기판 영역별로 불균일한 처리가 이루어질 수 있다. 예를 들어 배기구(110)가 기판의 좌측에 형성되어 있는 경우, 기판 좌측 방향에 치우친 가스 흐름이 발생하고 이는 기판 영역별 공정 균일도에 영향을 미칠 수 있다.

도 5 내지 도 7은 이러한 비대칭적인 챔버 구조에서의 공정 균일도 문제를 좀더 효과적으로 해결하기 위한 실시예로, 도 5는 기판 처리 장치를 나타내는 도면, 도 6은 가스 분사 유닛의 단면도, 도 7은 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 5 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(30)는, 가스 분배기(450)로부터 연장되는 복수 개의 가스 공급 라인(510)이 각각 복수 개의 분기 라인(520)으로 분기된다. 즉, 가스 분배기(450)에는 제1 내지 3 가스 공급 라인(511, 513, 515)이 연결되고, 제1 내지 3 가스 공급 라인(511, 513, 515)은 각각 4개의 분기 라인(520)으로 분기될 수 있다. 가스 분배기(450)는 각 가스 공급 라인(511, 513, 515)마다 서로 다른 유량의 가스를 공급함으로써 각 확산 챔버(311, 313, 315)에 다른 유량으로 가스를 분배할 수 있다.

각각의 분기 라인(520)들은 가스 분사 유닛(300)의 서로 분리된 영역들(확산 챔버)로 연결되어 처리 가스를 공급한다. 도 5 및 도 6에 예시한 것처럼 가스 분사 유닛(300)의 제1 내지 3 확산 챔버(311, 313, 315)는 각각 4개의 서브 영역들로 분리될 수 있고, 각 서브 영역들은 격벽(330)으로 격리될 수 있다. 도시한 예에서는 제1 확산 챔버(311)가 4개의 서브 영역들(C1~C4)로, 제2 확산 챔버(313)가 4개의 서브 영역들(M1~M4)로, 제3 확산 챔버(315)가 4개의 서브 영역들(E1~E4)로 분리되어, 가스 분사 유닛(300)에 총 12개의 서브 영역들이 구비된다. 제1 내지 제3 확산 챔버(311, 313, 315)는 각각 기판의 센터, 미들, 에지 영역에 대응되도록 기판 반경 방향으로 분리된 영역일 수 있고, 각 서브 영역들(C1~C4, M1~M4, E1~E4)은 제1 내지 제3 확산 챔버(311, 313, 315)가 기판 외주 방향으로 분리된 서브 영역들일 수 있다.

각 분기 라인(520)에는 제어 밸브(530) 및 압력 게이지(550)가 구비되고, 각 제어 밸브(530) 및 압력 게이지(550)는 제어부(600)에 연결된다. 도시한 예에서는 총 12개의 분기 라인(520) 상에 12개씩의 제어 밸브(520) 및 압력 게이지(550)가 구비된다. 제어부(600)는 12개의 압력 게이지(550) 각각에 연결되어 각 압력 게이지로부터의 신호값을 개별적으로 전송 받을 수 있고, 12개의 제어 밸브(530)에 각각 연결되어 각 제어 밸브를 독립적으로 제어할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 제어부는 압력 게이지(550)의 측정 결과를 피드백하여 제어 밸브(530)를 조절할 수 있다.

도 5 및 도 6에 예시된 기판 처리 장치(30)를 이용한 기판 처리 방법을 도 7을 참조하여 설명한다.

챔버(100) 내부로 기판(W)이 장입되어 기판 지지 유닛(200)에 지지되고, 공급 밸브(430)를 조절하여 가스 분배기(450)에 처리 가스가 제공되는 상태에서, 가스 분배기(450)에서 복수의 가스 공급 라인(511, 513, 515)으로 각각 기 설정된 유량의 가스를 공급한다(S210 단계). 여기서 제1 내지 제3 가스 공급 라인(511, 513, 515)으로 동일한 유량의 가스가 공급될 수도 있고, 기판 영역별로 균일한 처리가 이루어질 수 있도록 서로 다른 유량의 가스가 공급되도록 설정될 수도 있다.

각 분기 라인(520)에 구비된 압력 게이지(550)는 측정된 압력값을 제어부로 전송한다(S220 단계). 이때 제어부(600)는 각 분기 라인(520)에 구비된 각 압력 게이지(550)에 각각 연결되어 각 압력 게이지로부터의 신호값을 개별적으로 전송 받음으로써, 서브 영역별 압력 변화를 기판 처리 공정 중에 바로 인지할 수 있다.

제어부(600)는 압력 게이지(550)로부터 전송받은 압력값을 기초로 제어 밸브를 조절한다(S230 단계). 구체적으로는 하나의 가스 공급 라인(510)에서 분기된 분기 라인(520)들의 압력 게이지(550)에서 측정된 압력값을 기초로, 해당 분기 라인(520)들에 구비된 제어 밸브(530)들을 비례 제어(Proportional control)할 수 있다. 이때 해당 가스 공급 라인(510)에 흐르는 총 가스 유량은 일정하게 유지될 수 있다.

예를 들어, 도 5에서 제1 가스 공급 라인(511)에서 분기되어 4개의 서브 영역들(C1~C4)로 가스를 공급하는 분기 라인들에서 측정된 압력값이, C1, C2, C4에 연결되는 분기 라인들에서 측정된 압력값은 동일한 반면 C3에 연결되는 분기 라인에서 측정된 압력값이 작은 경우, 제1 가스 공급 라인(511)에 흐르는 전체 유량은 고정한 상태에서 C1, C2, C4에 연결되는 제어 밸브들은 유량이 조금 감소하도록 조절하고, C3에 연결되는 제어 밸브는 다른 분기 라인들에서 감소된 만큼 유량이 증가하도록 조절할 수 있다. 피에조(Piezo) 구동 방식의 제어 밸브를 사용하면 압력 측정값에 기초하여 각 제어 밸브에 인가되는 전기적 신호를 비례 제어함으로써 유량을 조절할 수 있다.

이와 같은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 의하면, 비대칭적인 챔버 구조에서도 우수한 공정 균일도를 유지할 수 있다. 예를 들어 도 6에서 좌측 하단의 약 7시 방향에 배기구(110)가 형성된 챔버 구조에서는, 다른 서브 영역들에 비해 배기구(110) 방향의 서브 영역들(C3, M3, E3)의 압력값이 변동되기 쉽다. 특히 배기구(110)에 배기 컨덕턴스(Conductance)를 조절하기 위한 자동 압력 제어(APC: Adaptive Pressure Control) 밸브가 설치되어 오픈/클로즈 동작이 반복적으로 이루어지는 경우, 해당 위치의 서브 영역들(C3, M3, E3)의 압력값이 지속적으로 변동되고 이는 기판 상의 공정 불균일의 원인이 될 수 있다. 그리고 이러한 불균일은 기판 반경 방향이 아닌 기판 외주 방향의 불균일이므로, 센터, 미들, 에지와 같이 기판 반경 방향의 처리 가스 유량을 조절하는 것으로는 해결이 용이하지 않을 수 있다.

반면 도 5 내지 도 7의 실시예의 경우, 가스 분사 유닛(300)을 기판 외주 방향으로도 복수의 서브 영역들로 분리하여, 각 서브 영역들로 공급되는 처리 가스 유량을 압력 측정 결과에 기초하여 조절할 수 있도록 함으로써, 이러한 비대칭적인 챔버 구조에서의 공정 불균일 문제를 해결하기가 상대적으로 용이하다.

또한 본 실시예에서는 제1 내지 제3 가스 공급 라인(511, 513, 515)에 공급되는 가스 유량은 일정하게 유지된 상태에서 분기된 서브 영역들 사이에서 유량 비율이 조절되므로, 제1 내지 제3 확산 챔버(311, 313, 315)로 공급되는 가스의 총 유량은 변동되지 않는다. 기판의 반경 방향으로의 공정 균일도를 위해 제1 내지 제3 가스 공급 라인(511, 513, 515)에 공급되는 가스 유량을 고정값으로 유지하는 것이 유리한 경우가 있는데, 본 실시예에 의하면 이처럼 기판 반경 방향으로의 공정 균일도를 유지하면서 기판 외주 방향의 공정 균일도가 훼손되는 것을 방지할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10, 20, 30)에 의하면, 가스 공급 라인 또는 분기 라인 상에 구비된 압력 게이지의 측정값을 모니터링함으로써, 가스 분사 유닛(300), 가스 공급 유닛(400) 등을 구성하는 각종 하드웨어의 조립 상태 불량, 파트 파손 등의 이상 발생을 신속하게 감지하여 처리할 수 있다. 이는 가스 분사 유닛(300) 등 하드웨어 상의 이상이 발생하는 경우 압력 게이지(550)의 측정 값도 정상 범위에서 벗어난다는 점에 착안한 것이다. 이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용한 하드웨어 이상 감지 및 처리를 위한 제어 방법을 설명한다.

먼저 도 8을 참조하면, 처리 가스를 가스 분사 유닛(300)에 공급하면서 기판 처리 공정이 시작되면 제어부(600)는 압력 게이지(550)로부터 압력 측정값을 수신한다(S310 단계). 이어서 제어부(600)는 내부에 구비된 판단 알고리즘을 이용하여 수신한 압력 측정값이 정상 범위인지를 판단한다(S320 단계). 여기서, 각 압력 게이지(550)로부터 수신된 압력값이 기 설정된 상한 또는 하한 임계값을 벗어나는 경우 정상 범위가 아닌 것으로 판단할 수 있고, 또는 복수의 압력 게이지(550)들로부터 수신된 압력값들 간의 차이가 기 설정된 범위 이상인 경우 정상 범위가 아닌 것으로 판단할 수 있다.

S320 단계의 판단 결과 정상 범위인것으로 판단되면 제어부(600)는 압력 측정값을 기초로 제어 밸브(530)에 제어 신호를 전송하여 가스 분사 유닛(300)에 공급되는 가스 유량을 조절한다. 반대로 S320 단계의 판단 결과 정상 범위가 아닌 것으로 판단되면 제어부(600)는 하드웨어 이상으로 판단할 수 있다(S340 단계). 도면에는 표시하지 않았으나, 하드웨어 이상으로 판단되는 경우 알람(Alarm)을 발생시켜 작업자에게 인지시키거나 후속 기판 처리 공정을 중단시키는 등 적절한 후속 처리를 수행할 수 있다.

하드웨어의 이상 정도가 공정 균일도에는 영향을 미치는 정도지만 정상 범위 내에는 속하는 경우가 있을 수 있다. 도 9는 이러한 경우를 대비한 제어 방법의 예이다.

도 9를 참조하면, 처리 가스를 가스 분사 유닛(300)에 공급하면서 기판 처리 공정이 시작되면 제어부(600)는 압력 게이지(550)로부터 압력 측정값을 수신하고(S410 단계), 압력 측정값을 기초로 제어 밸브(530)에 제어 신호를 전송한다(S420 단계). 다음으로, 제어부(600)는 압력 게이지로부터 압력 측정값을 재수신하고(S430 단계), S410 단계에서 수신하였던 압력 측정값과 비교하여 개선 정도가 정상 범위인지를 판단한다(S440 단계). 여기서, 특정 제어밸브(530)로 유량을 증가 또는 감소시키도록 제어 신호를 전송했음에도 재수신한 압력 측정값이 변화가 없거나 그 변화량이 기 설정된 기준에 미치지 못하는 경우 개선 정도가 정상 범위가 아닌 것으로 판단할 수 있다. 또는 복수의 압력 게이지(550)들 사이의 압력 측정값 차이를 감소시키기 위해 제어 신호를 전송했음에도, 재수신한 압력 측정값에 의해 판단한 결과 그 차이가 그대로 유지되거나 그 차이 감소량이 기 설정된 기준에 미치지 못하는 경우 개선 정도가 정상 범위가 아닌 것으로 판단할 수 있다.

S440 단계의 판단 결과 정상 범위인것으로 판단되면 제어부(600)는 압력 측정값을 기초로 제어 밸브(530)에 제어 신호를 전송하여 가스 분사 유닛(300)에 공급되는 가스 유량을 조절하는 S420 단계를 반복할 수 있다. 반대로 S440 단계의 판단 결과 정상 범위가 아닌 것으로 판단되면 제어부(600)는 하드웨어 이상으로 판단할 수 있다(S450 단계). 도면에는 표시하지 않았으나, 하드웨어 이상으로 판단되는 경우 알람(Alarm)을 발생시켜 작업자에게 인지시키거나 후속 기판 처리 공정을 중단시키는 등 적절한 후속 처리를 수행할 수 있다.

이상 한정된 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였으나, 이는 실시예일뿐이며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 각 실시예들은 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위의 기재 및 그 균등 범위에 의해 정해져야 한다.

10, 20, 30: 기판 처리 장치 100: 챔버
110: 배기구 111: 배기 라인
200: 지지 유닛 300: 가스 분사 유닛
310: 확산 챔버 330: 격벽
350: 분사홀 400: 가스 공급 유닛
410: 가스 공급원 430: 공급 밸브
450: 가스 분배기 505: 메인 가스 공급 라인
510: 가스 공급 라인 520: 분기 라인
530: 제어 밸브 550: 압력 게이지
600: 제어부

Claims

챔버 내부에서 기판 처리 공정이 수행되는 기판 처리 장치에 있어서,
상기 챔버 내부에 위치하여 기판을 지지하는 지지 유닛;
상기 지지 유닛과 대향되게 제공되며 가스를 분사하는 복수의 분사홀들이 형성된 가스 분사 유닛;
상기 가스 분사 유닛으로 가스 공급 라인을 통해 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
제어부;
를 포함하되,
상기 가스 분사 유닛은 서로 분리된 복수의 영역들을 포함하고-상기 복수의 분사홀들은 상기 복수의 영역들 중 어느 하나의 영역에 연통됨,
상기 복수의 영역들은 상기 가스 공급 유닛과 서로 다른 가스 공급 라인을 통해 연결되고,
상기 가스 공급 라인에는 가스 공급 유량을 제어하는 제어 밸브가 구비되고,
상기 제어 밸브와 상기 가스 분사 유닛 사이에는 압력 게이지가 구비되고,
상기 제어부는 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 상기 제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 영역들은 각각 복수의 서브 영역들로 분리되고,
상기 가스 공급 라인은 복수의 분기 라인으로 분기되며,
상기 분기 라인들은 각각 상기 서브 영역들 중 어느 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 영역들은 기판 반경 방향으로 분리된 영역들이고,
상기 복수의 서브 영역들은 상기 복수의 영역들이 기판 외주 방향으로 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 가스 분사 유닛에 공급되는 전체 가스 유량이 일정하게 유지되도록 상기 제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 상기 제어 밸브를 비례 제어(Proportional control)하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버 내부는 비대칭적인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 하드웨어 이상 여부를 판단하고, 하드웨어 이상으로 판단되는 경우 알람을 발생시키거나 기판 처리 공정을 중단시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
가스를 분사하는 복수의 분사홀들이 형성되고 서로 분리된 복수의 영역들을 포함하는 가스 분사 유닛, 상기 가스 분사 유닛으로 가스 공급 라인을 통해 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하고-상기 복수의 영역들은 상기 가스 공급 유닛과 서로 다른 가스 공급 라인을 통해 연결됨, 상기 가스 공급 라인에 가스 공급 유량을 제어하는 제어 밸브 및 압력 게이지가 구비되는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
(a) 상기 제어 밸브를 조절하여 상기 복수의 영역들로 처리 가스를 공급하는 단계;
(b) 상기 압력 게이지에서 측정된 압력을 기초로 상기 제어 밸브를 조절하여 상기 복수의 영역으로 공급되는 처리 가스 유량을 제어하는 단계;
를 포함하는 기판 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 복수의 영역들은 각각 복수의 서브 영역들로 분리되고,
상기 가스 공급 라인은 복수의 분기 라인으로 분기되고,
상기 분기 라인들은 각각 상기 서브 영역들 중 어느 하나에 연결되며,
상기 (b) 단계는 각 가스 공급 라인을 흐르는 가스 유량은 고정한 상태에서 상기 압력 게이지에서 측정된 압력을 기초로 상기 분기 라인에 구비된 상기 제어 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제9항에 있어서,
상기 (b) 단계는
상기 압력 게이지의 측정값을 기초로 상기 제어 밸브를 비례 제어(Proportional control)하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 게이지에서 측정된 압력값이 정상 범위가 아닌 것으로 판단되는 경우, 하드웨어 이상으로 판단하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제11항에 있어서,
상기 압력 게이지에서 측정된 압력값이 기 설정된 상한 또는 하한 임계값을 벗어나거나, 복수의 압력 게이지들에서 측정된 압력값들 간의 차이가 기 설정된 범위 이상인 경우, 정상 범위가 아닌 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (b) 단계 이후에,
상기 압력 게이지로부터 압력 측정값을 재수신하여 개선 정도가 정상 범위가 아닌 것으로 판단되는 경우, 하드웨어 이상으로 판단하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제13항에 있어서,
상기 재수신한 압력 측정값의 변화량이 기 설정된 기준에 미치지 못하거나, 복수의 압력 게이지들 사이의 압력 측정값 차이 감소량이 기 설정된 기준에 미치지 못하는 경우, 정상 범위가 아닌 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.