KR20210004070A - 가스 공급 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

가스 공급 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20210004070A
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김윤회
김용현
김윤정
박창균
이재완
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 인듐 전구체 물질과 캐리어 가스를 수용하는 캐니스터와 챔버를 연결하는 제1배관 유입구와 유출구의 사이에 설치되며, 가스배관의 유량 조절을 통해 캐니스터의 압력을 조절하는 제 1 제어 밸브와 제1배관에 병렬로 연결되는 제2배관은 챔버와 캐니스터 사이에 연결된 제1배관과 제2배관의 유량이 변동이 되더라도 캐니스터의 압력이 일정하게 유지되는 적어도 하나의 제 2 제어 밸브를 포함하여, 제 1 제어 밸브제 1 제어 밸브제 2 제어 밸브 유체의 증가에 따른 압력 제어의 한계를 극복할 수 있다.

Description

가스 공급 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 {THE GAS SUPPLYING APPARATUS AND THE PROCESSING APPARATUS FOR SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 가스 공급 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유량 증가에 따른 압력 제어의 한계를 극복할 수 있는 가스 공급 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell), 반도체 소자, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 기판 상에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 한다. 이를 위해, 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 증착공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각공정 등과 같은 기판에 대한 처리공정이 이루어진다.
박막층은 챔버 내부에서 기판 상에 공정 가스들을 반응시켜 증착된다. 이때, 소스 가스가 챔버로 공급되어, 증착이 이루어진다. 챔버로 공급되는 소스 가스의 유량을 조절하기 위해서, 압력 제어 밸브 모듈이 사용된다. 일반적으로, 유체의 유량이 증가할수록, 압력 제어 밸브 모듈로 유입되는 유체의 압력은 감소된다. 따라서, 유체의 유량이 증가할수록 압력 제어 밸브 모듈이 제어할 수 있는 최소 압력이 점차 증가한다. 결국, 유체의 유량 증가에 따라 압력 제어 밸브 모듈이 완전히 개방된 경우, 더 이상 압력 제어 밸브 모듈은 유체의 압력을 제어할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시 예는, 유량 증가에 따른 압력 제어의 한계를 극복할 수 있는 가스 공급 장치를 통해 추가된 압력 제어 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스공급장치는, 인듐 전구체 물질과 캐리어 가스를 수용하는 캐니스터(canister) 캐니스터와 챔버를 연결하는 제1배관; 제1배관의 유입구와 유출구의 사이에 설치되며, 가스배관의 유량 조절을 통해 캐니스터의 압력을 조절하는 제 1 제어 밸브; 및 제 1 제어 밸브와 제1배관에 병렬로 연결되는 제2배관; 챔버와 캐니스터 사이에 연결된 제1배관과 제2배관의 유량이 변동이 되더라도 캐니스터의 압력이 일정하게 유지되는 적어도 하나의 제 2 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 제어 밸브는 제 1 제어 밸브의 유량 조절 단위 보다 작은 유량 단위를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 제어 밸브는 APC(Auto Pressure Controller)인 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 제어 밸브는 수동 압력 제어 밸브(Manual Adjust Valve)인 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 제어 밸브의 압력 조정 범위는 제 2 제어 밸브의 압력 조정 범위와 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 제어 밸브의 압력 조정 범위는 제 2 제어 밸브의 압력 조정 범위와 적어도 일부 중첩된 것을 특징으로 한다.
또한, 압력이 300Torr 이상과 유량을 15,000sccm 이상을 공급하기 위해 제1배관과 제2배관을 동시에 연결하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발며의 일 실시 예에 따른 기판처리장치는, 챔버; 상기 챔버 내부의 공정공간에 기판을 지지하는 기판지지부; 상기 공정공간의 상부에 상기 기판지지부 방향으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사부; 인듐 전구체 물질과 캐리어 가스를 수용하는 캐니스터(canister); 캐니스터와 챔버를 연결하는 제1배관; 배관의 유입구와 유출구의 사이에 설치되며, 가스배관의 유량 조절을 통해 캐니스터의 압력을 조절하는 제 1 제어 밸브; 및 제 1 제어 밸브와 제1배관에 병렬로 연결되는 제2배관; 챔버와 캐니스터 사이에 연결된 제1배관과 제2배관의 유량이 변동이 되더라도 캐니스터의 압력이 일정하게 유지되는 적어도 하나의 제 2 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 제어 밸브는 APC(Auto Pressure Controller)인 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1 제어 밸브는 수동 압력 제어 밸브(Manual Adjust Valve)인 것을 특징으로 한다.
또한, 압력이 300Torr 이상과 유량을 15,000sccm 이상을 공급하기 위해 제1배관과 제2배관을 동시에 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압력 제어 밸브 모듈을 흐르는 유체의 유량이 증가함에 따라 발생하는 압력 제어의 한계를 극복할 수 있다.
또한, 유체의 유동이 큰 상태에서도 압력을 미세하게 조정할 수 있다.
또한, 두 개의 압력 제어 밸브 모듈을 사용하여 큰 유량의 압력을 우선 조절하고, 다른 하나의 압력 제어 밸브 모듈을 사용하여 작은 유량의 압력을 조절 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 제어 밸브 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 압력 제어 밸브 모듈에 대한 유량과 압력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3의 그래프와 압력 제어 밸브 모듈의 단면상 유로의 크기의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5은 가스 공급 장치의 구성간 연결 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하여 설명하기 위한 것으로, 발명의 내용에 따라 서로 다르거나, 동일할 수 있다. 따라서, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 압력 제어 밸브 모듈(100) 및 이를 포함하는 가스 공급 장치(10)와 기판 처리 장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 제어 밸브 모듈(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 제어 밸브 모듈(100)은 유체의 유량 증가에 따른 캐니스터의 압력 조절의 한계를 극복하기 위해, 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)를 포함한다. 제 1 제어 밸브(110)는 제 1 배관(11)에 연결되고, 제 2 제어 밸브(120)는 제 2 배관(21)에 연결될 수 있다. 제 1 배관(11)과 제 2 배관(21)은 병렬로 연결된다. 따라서, 유체의 유량 증가에 따라 제 1 제어 밸브(110)가 캐니스터의 압력 제어의 한계를 가지는 경우, 제 2 제어 밸브(120)가 캐니스터의 내부의 압력(Pin)을 조절할 수 있다. 압력 제어 밸브 모듈의 유출구(14)는 챔버에 연결될 수 있다.
챔버의 세대의 변경 즉, 챔버의 크기 및 챔버에 들어가는 기판 및 글래스(glass)의 크기의 변경에 따라 챔버에 공급되는 유량이 변동될 수 있다. 그러나, 챔버로 공급되는 하나 이상의 소스 가스의 조성 비율은 캐니스터들의 내부의 압력(Pin)을 조절을 통해 결정될 수 있다. 즉, 유량 변동에도 불구하고, 캐니스터들의 압력(Pin)을 일정 비율로 유지도 할 수 있고, 조성의 비율이 변경되면 압력을 조정(control)하여 소스 가스의 조성 비율을 유지 및 변경 할 수 있다.
조성 비율의 조정이 필요한 소스 가스는 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 일 수 있으며, 이들 소스 가스 각각의 조성 비율을 일정 비율로 유지 및 조절 할 수 있다. 또한, 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 각각의 전구체 물질과 캐리어 가스를 수용하는 캐니스터(canister)의 유출구에 연결되며, 일 방향 또는 챔버 방향으로 연장된 제 1 배관이 있을 수 있으며, 제 1 배관의 유입구와 유출구의 사이에 설치되며, 제 1 배관의 유량 조절을 통해 캐니스터의 압력을 조절하는 제 1 제어 밸브를 포함하고, 제 1 제어 밸브와 상기 제 1 제어 배관에 병렬로 연결되고, 제 1 제어 밸브의 유량이 변동이 되더라도 캐니스터의 압력을 일정하게 유지하는 적어도 하나의 제 2 제어 밸브를 포함하고, 제 2 제어 밸브를 제 1 배관에 병렬로 연결하는 제 2 배관이 있을 수 있다. 캐니스터 유출구에 하나의 배관으로 공급되는 가스는 다시 병렬로 분리되어 제 1 배관과 제 2 배관으로 나뉘어 가스가 챔버로 공급될 수 있으며, 병렬로 나누어진 제 1 배관과 제 2 배관은 다시 하나로 합쳐진 하나의 배관으로 연결되어 챔버로 연결 될 수 있다.
제 1 제어 밸브(110)는 일 방향으로 연장된 제 1 배관(11)의 유입구와 유출구의 사이에 설치된다. 여기서, 제 1 배관(11)은 유체의 유동을 위한 소정 단면적의 유로를 가진다. 제 1 제어 밸브(110)는 캐니스터와 챔버 사이의 유체의 압력을 조절 및 변경 할 수 있고, 또한, 제 1 배관(11)을 따라 유동하는 유체의 압력(캐니스터의 압력)을 조절 및 변경 할 수 있다. 제 2 제어 밸브(120)는 캐니스터와 챔버 사이의 유체의 압력을 조절 및 변경 할 수 있고, 또한, 제 1 제어 밸브(110)에 병렬로 연결된 제 2 배관(21)에 연결될 수 있다. 제 2 제어 밸브(120)는 제 1 제어 밸브(110)와 함께 유체의 유량을 조절 및 변경하여 캐니스터의 압력(Pin)을 제 1 제어 밸브(110)과 함께 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 제어 밸브 모듈(100)은 챔버와 가스 공급 유닛을 연결하는 배관에 배치될 수 있다. 반도체 소자, 평판 디스플레이 등의 제조를 위해, 기판 상에 다수의 박막층이 챔버 내에서 증착 및 식각된다. 여기서, 박막층의 증착 및 식각은 공정 가스로 수행된다. 가스 공급 유닛은 소스 가스를 챔버로 공급한다. 가스 공급 유닛은 캐리어 가스를 이용하여, 소스 물질인 전구체를 챔버로 전달할 수 있다.
제 1 제어 밸브(110)는 APC(Auto Pressure Controller) 또는 수동 압력 제어 밸브 모듈(Manual Adjust Valve) 적용을 포함 할 수 있다. APC는 제 1 배관(11)의 단면상 유로의 크기를 조리개로 조절하여 압력을 자동으로 조절할 수 있다. 이때, 제 1 제어 밸브(110)는 제 1 배관(11)을 흐르는 유체의 유량을 조절 및 변경하여 캐니스터의 압력(Pin)을 자동으로 조절 및 변경 할 수 있다. 제 1 제어 밸브(110)는 제 1 배관(11)을 흐르는 유체의 압력을 설정 값으로 조절 및 변경할 수 있다. 여기서, 제 1 배관(11)의 유입구(12)의 압력(Pin)은 캐니스터(310)의 압력 일 수 있다. 또한 수동 압력 제어 밸브 모듈(Manual Adjust Valve)는 수동으로 조리개의 크기를 조절 및 변경 하여, 유량을 크게 할 수 있고, 유량을 작게 할 수 있다.
제 2 제어 밸브(120)는 APC(Auto Pressure Controller) 또는 수동 압력 제어 밸브 모듈(Manual Adjust Valve) 적용을 포함 할 수 있다. APC(Auto Pressure Controller)는 제 1 제어 밸브(110)에서의 설명과 같다. 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)가 모두 APC인 경우, 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)는 제 1 배관(11) 및 제 2 배관(21)의 유입구의 압력(Pin)에 따라 동시에 또는 독립적으로 유체의 압력을 자동으로 조절할 수 있다.
한편, 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)가 모두 APC인 경우, 고가의 APC를 모두 적용하고, 여러 개의 APC를 사용함에 따라 비용이 상승할 수 있다. 따라서, 제 2 제어 밸브(120)는 수동 압력 제어 밸브(Manual Adjust Valve)일 수 있으며, 한번 유량을 수동으로 맞추고 미세한 유량을 APC로 조정 및 변경할 수 있다. 제 1 제어 밸브(110) 또는 제 2 제어 밸브를 자동으로 유체의 압력을 조절 할 수 있으며, 자동 압력 제어밸브와 수동 압력 제어 밸브의 사용으로 고가의 APC의 적용을 줄여, 비용이 절감 할 수 있다. 수동 압력 제어 밸브 모듈도 제 1 배관(11) 또는 제 2 배관(21)의 단면상 유로의 크기를 조절하여 유체의 압력을 조절할 수 있다.
압력 제어 밸브 모듈(100)은 한 쌍의 메인 개폐 밸브(130)와 두 쌍의 보조 개폐 밸브(140)를 더 포함할 수 있다. 두 쌍의 보조 개폐 밸브(140) 중 한 쌍은 제 1 제어 밸브(110)의 양단에 배치되고, 나머지 한 쌍은 제 2 제어 밸브(120)의 양 단에 배치된다. 한 쌍의 메인 개폐 밸브(130)는 제 1 배관(11)및 제 2 배관(21)의 유입구와 유출구에 각각 배치된다. 보조 개폐 밸브(140)는 제 1 제어 밸브(110) 또는 제 2 제어 밸브(120)를 개방 또는 차단할 수 있다. 메인 개폐 밸브(130)는 제 1 제어 밸브(140) 및 제 2 제어 밸브(120)를 동시에 개방 또는 차단할 수 있다. 따라서, 제 1 제어 밸브(110) 및 제 2 제어 밸브(120)는 선택적으로 사용 또는 미사용될 수 있다.
도 2는 일반적인 압력 제어 밸브 모듈에 대한 유량과 압력의 관계를 도시한 그래프이며, 도 3는 도 2의 그래프와 압력 제어 밸브 모듈(100)의 단면상 유로의 크기의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 일반적으로 압력 제어 밸브 모듈은 도 2에서와 같은 유체의 유량과 압력의 관계를 가진다. 압력 제어 밸브 모듈에서 유체의 유량이 증가하면, 압력 제어 밸브 모듈의 제어 가능한 최소 압력이 점차 증가한다. 한편, 압력 제어 밸브 모듈에서 유체의 유량이 증가하면, 배관의 유입구 압력(Pin)이 감소된다(후술하는 캐니스터의 압력에 대한 자세한 설명 참조). 따라서, 유체의 유량이 특정 값(도 3에서 30,000 sccm 이상 참조)을 넘어가면, 압력 제어 밸브 모듈은 압력을 제어할 수 없는 한계를 가진다. 여기서, sccm은 standard cubic centimeter 이다.따라서, 300Torr 기준으로 15,000sccm의 유량이상을 공급하기 위해 제 1 배관과 제2 배관동시에 사용하여 원하는 유량이상의 유량을 캐니스터의 압력을 유지하며 챔버로 원하는 유량을 공급할 수 있다.
도 3에서 제 1 제어 밸브(110)만 사용되는 경우, 제 1 제어 밸브(110)의 조리개(111)는 유량의 증가에 따라 점차 개방된다. 유체의 유량이 25,000 sccm에서, 제 1 제어 밸브(110)의 조리개(111)는 완전히 개방되어, 유로(16)가 완전히 개방된다. 제 1 제어 밸브(110)의 조리개(111)가 완전히 개방되었기 때문에, 이후 더 증가된 유체의 유량에서 압력을 조절할 수 없다.
반면에, 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)가 병렬로 연결된 경우, 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)가 이중으로 유체의 유량을 조절할 수 있다. 따라서, 유체의 유량에 관계없이 압력의 조절이 가능하다.
일 실시 예로, 제 2 제어 밸브(120)는 특정 유로(16)의 크기를 갖게 설정될 수 있다. 제 1 제어 밸브(110)는 유로(16)의 완전 차단에서 완전 개방까지 조리개(111)를 조절할 수 있다. 따라서, 유체의 유량의 대소에 관계없이, 압력이 제어될 수 있다. 제 2 제어 밸브(120)가 특정 유로(16)의 크기를 갖게 설정되는 것은 수동 압력 제어 밸브 모듈에서 유용하다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급 장치(10)의 구성을 나타낸 도면이다
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 공급 장치(10)는 챔버(200)에 가스를 공급하는 가스 공급 유닛(300)과 챔버(200)와 가스 공급 유닛(300)을 연결하는 제 1 배관(11) 및 제 2 배관(21)에 설치된 압력 제어 밸브 모듈(100)를 포함한다. 압력 제어 밸브 모듈(100)은 병렬로 연결된 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)를 포함한다. 제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)는 동시에 또는 독립적으로 유체의 유량을 조절할 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 박막층의 형성을 위해, 전구체를 포함하는 소스 가스를 챔버(200)로 공급한다. 압력 제어 밸브 모듈(100)은 가스 공급 유닛(300)에서 챔버(200)로 공급되는 소스 가스의 압력을 제어할 수 있다. 압력 제어 밸브 모듈(100)은 가스 공급 유닛(300)에서 공급되는 소스 가스의 압력에 따라 배관(11)의 유출구(14)의 압력을 조절할 수 있다. 즉, 압력 제어 밸브 모듈(100)은 압력 제어 밸브 모듈(100)의 유입구(12)의 압력을 기준으로, 압력 제어 밸브 모듈(100)의 유출구(14)의 압력을 조절할 수 있다. 압력 제어 밸브 모듈(100)은 도 1 내지 4에서 설명한 실시 예를 참조할 수 있다.
한편, 가스 공급 유닛(300)과 압력 제어 밸브 모듈(100)은 복수로 배치될 수 있다(도면에 미도시). 복수의 압력 제어 밸브 모듈(100)은 복수의 가스 공급 유닛(300)에 1:1 대응하여 연결될 수 있다. 이 경우, 복수의 압력 제어 밸브 모듈(100)들과 챔버(200)는 매니폴드관(미도시)에 의해 연결된다. 즉, 매니폴드관은 복수의 압력 제어 밸브 모듈(100)의 유출구들을 하나의 챔버(200)의 유입구로 연결할 수 있다.
도 5는 가스 공급 장치(10)의 다른 실시 예를 도시한 가스 공급 장치(10)의 구성간 연결 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
가스 공급 유닛(300)은 캐니스터(310), 유량 제어기(미도시)및 제 1 캐리어 가스 공급부(330)를 포함한다. 캐니스터(310)는 박막층 형성을 위한 전구체를 수용한다. 제 1 캐리어 가스 공급부(330)는 캐니스터(310)의 전구체를 챔버(200)로 이동시키기 위한 제 1 캐리어 가스를 공급한다. 유량 제어기는 제 1 캐리어 가스 공급부(330)와 캐니스터(310)의 사이에 배치될 수 있다. 유량 제어기는 제 1 캐리어 가스의 유량을 조절할 수 있다. 여기서, 유량 제어기는 MFC(Mass Flow Controller)를 포함한다.
압력 제어 밸브 모듈(100)를 통과하는 유체의 유량(Mass Flow)은 하기 계산식에 의해 산출될 수 있다.
[계산식]
Mass Flow = {Pvap/Pcan}*F
여기서, Pvap : 전구체의 증기압, Pcan : 캐니스터(310)의 압력(캐니스터의 유출구 압력), F : 유량 제어기(320)에서 공급되는 유량(캐니스터의 유입구 유량)임.
위 계산식을 참조하면, 유량 제어기(320)에서 공급되는 유량(F)과 전구체의 증기압(Pvap)이 일정하다면, 제어 밸브(100)를 흐르는 소스 가스(유체)의 유량(Mass Flow)이 증가할수록 캐니스터의 압력(Pcan)은 저하된다. 캐니스터의 압력(Pcan)이 저하될수록, 도 3과 같이 압력 제어 밸브 모듈(100)가 제어할 수 있는 최소 압력(Pmin)이 점차 감소된다. 따라서, 소정의 유체의 유량의 경우, 압력 제어 밸브 모듈(100)가 제어할 수 없는 압력 범위가 발생된다.
그러나, 본원발명의 압력 제어 밸브 모듈(100)은 서로 병렬로 연결된 제 1 제어 밸브제 2 제어 밸브제 1 제어 밸브제 2 제어 밸브제 1 제어 밸브(110)와 제 2 제어 밸브(120)를 포함하며, 제 2 제어 밸브(120)는 제 1 제어 밸브(110)의 유량 변동에 대응하여, 캐니스터(310)의 압력을 일정하게 조절할 수 있다. 즉, 제 2 제어 밸브(120)가 제 1 제어 밸브(110)의 압력 조절의 한계를 극복하여, 유량 변동에 관계없이 캐니스터(310)의 압력을 일정하게 조절할 수 있다.
이를 위해, 제 2 제어 밸브(120)는 캐니스터(310)의 압력을 미세하게 조절하기 위해 제 1 제어 밸브(110)의 압력 조절 단위 보다 작은 압력 조절 단위로 캐니스터(310)의 압력을 조절할 수 있다. 예컨대, 제 1 제어 밸브(110)는 100 sccm 단위로 유량을 조절하여 캐니스터(310)의 압력을 조절할 수 있다. 또한, 제 2 제어 밸브(120)는 10 sccm 단위로 유량을 조절하여 캐니스터(310)의 압력을 조절할 수 있다.
일 실시 예로, 제 1 제어 밸브(110)는 수동 압력 제어 밸브(Manual Adjust Valve)이고, 제 2 제어 밸브(120)는 APC(Auto Pressure Controller)일 수 있다. 이 경우, 제 1 제어 밸브(110)가 수동적으로 큰 압력 조절 단위로 조정되고, 제 2 제어 밸브(120)가 상대적으로 작은 압력 조절 단위로 미세하게 자동 조절될 수 있다. 이로써, 자동 압력 제어 밸브 대신 수동 제어 밸브를 적용함에 따른 비용 절감이 가능하다. 또한, 한번 유량 및 압력이 설정되면, 이후 가스 공급 장치(10)의 사용 시 유량 및 압력은 크게 변경되지 않는다. 따라서, 수동 압력 제어 밸브가 소정의 유량 및 압력으로 설정되면, 자동 압력 제어 밸브가 캐니스터(310)의 압력을 미세하게 자동으로 조정할 수 있다.
한편, 제 1 압력 제어 밸브(110)의 압력 조정 범위는 제 2 압력 제어 밸브(120)의 압력 조정 범위와 상이할 수 있다. 예컨대, 제 1 제어 밸브(110) 및 제 2 제어 밸브(120) 중 어느 하나의 압력 조정 범위의 최소 압력 값은, 다른 하나의 압력 조정 범위의 최대 압력 값 보다 클 수 있다. 또한, 제 1 압력 제어 밸브(110)의 압력 조정 범위는 제 2 압력 제어 밸브(120)의 압력 조정 범위와 적어도 일부 중첩될 수 있다. 전자의 경우, 상대적으로 넓은 압력 조정 범위가 확보될 수 있다. 또한, 후자의 경우, 캐니스터의 압력이 미세하고 정밀하게 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 공급 장치(10)는 대형 10세대 또는 대형 11세대의 증착 장비에 사용될 수 있다. 세대의 증가에 대응하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 공급 장치(10)는 수동 압력 제어 밸브와 복수의 자동 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다. 예컨대, 가스 공급 장치(10)는 1개의 수동 압력 제어 밸브와 2개의 자동 압력 제어 밸브, 총 3개의 밸브를 포함할 수 있다. 이에 의해, 더욱 큰 압력과 유량이 컨트롤될 수 있다.
3개의 밸브의 각각은 압력 조정 범위가 서로 상이할 수 있다. 예컨대, 3개의 밸브 중 제 1 밸브의 압력 조정 범위의 최소 값이 제 2 밸브의 압력 조정 범위의 최대 값 보다 크다. 또한, 제 2 밸브의 압력 조정 범위의 최소 값이 제 3 밸브의 압력 조정 범위의 최대 값 보다 크다. 이에 의해, 넓은 범위의 압력 및 유량의 조정이 가능하다.
한편, 캐니스터(310)의 압력이 소스 가스의 조성 비율을 결정할 수 있다. 예컨대, 인듐 캐니스터, 갈륨 캐니스터 및 아연 캐니스터의 압력 비율이 인듐, 갈륨 및 아연을 포함하는 소스 가스의 조성 비율을 결정한다. 따라서, 각 캐니스터(310)의 압력을 조절하여 소스 가스의 조성 비율을 결정할 수 있다.
챔버(200)의 크기가 바뀌면, 유량이 변동될 수 있다. 다만, 캐니스터(310)의 압력 조절이 각 캐니스터(310)를 통해 공급되는 소스 가스의 조성 비율을 결정한다. 따라서, 챔버(300)의 크기에 따라 유량의 변동이 있더라도, 캐니스터(310)의 압력 조절로 소스 가스의 조성 비율을 일정하게 조절할 수 있다. 이에 의해, 유량 변동에도 불구하고, 다성분계 박막이 증착될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 에에 따른 기판 처리 장치는 캐니스터, 제 1 배관, 제 1 제어 밸브, 제 2 제어 밸브 및 챔버를 포함한다. 캐니스터는 전구체(전구체) 물질과 캐리어 가스를 수용한다. 제 1 배관은 캐니스터의 유출구에 연결되며, 일 방향으로 연장된다. 제 1 제어 밸브는 제 1 배관의 유입구와 유출구의 사이에 설치되며, 제 1 배관의 유량 조절을 통해 캐니스터의 압력을 조절한다. 제 2 제어 밸브는 제 1 제어 밸브에 병렬로 연결되고, 제 1 제어 밸브의 유량 변동에 대응하여 캐니스터의 압력을 일정하게 조절한다. 챔버는 제 1 제어 밸브와 제 2 제어 밸브의 유출구에 연결된다. 캐니스터에서 공급된 전구체 물질과 캐리어 가스를 포함하는 소스 가스는 제 1 제어 밸브와 제 2 제어 밸브를 통해 챔버로 공급된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다 또는 배치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치 또는 배치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 직접 설치된다 또는 직접 배치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "형성된다, 결합된다, 설치된다"라고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소가 별도로 마련되어 형성되거나, 결합되거나, 설치된 것뿐만 아니라, 어떤 구성요소와 다른 구성요소가 하나의 몸체인 일체로 된 것도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 가스 공급 장치
100 : 압력 제어 밸브 모듈
110 : 제 1 제어 밸브
111 : 조리개
120 : 제 2 제어 밸브
130 : 메인 개폐 밸브
140 : 보조 개폐 밸브
200 : 챔버
300 : 가스 공급 유닛
310 : 캐니스터
320 : 유량 제어기
330 : 제 1 캐리어 가스 공급부
400 : 밸런스 가스 유닛
11 : 제 1 배관
21 : 제 2 배관
12 : 배관의 유입구
14 : 배관의 유출구
16 : 배관의 유로
Pin : 배관의 유입구 압력
Pcan : 캐니스터의 압력
Pvap : 전구체의 증기압

Claims (11)

  1. 인듐 전구체 물질과 캐리어 가스를 수용하는 캐니스터(canister);
    캐니스터와 챔버를 연결하는 제1배관;
    제1배관의 유입구와 유출구의 사이에 설치되며, 가스배관의 유량 조절을 통해 캐니스터의 압력을 조절하는 제 1 제어 밸브; 및
    제 1 제어 밸브와 제1배관에 병렬로 연결되는 제2배관;
    챔버와 캐니스터 사이에 연결된 제1배관과 제2배관의 유량이 변동이 되더라도 캐니스터의 압력이 일정하게 유지되는 적어도 하나의 제 2 제어 밸브를 포함하는 가스공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 제어 밸브는 제 1 제어 밸브의 유량 조절 단위 보다 작은 유량 단위를 조절하는 가스공급장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 2 제어 밸브는 APC(Auto Pressure Controller)인 가스공급장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 제어 밸브는 수동 압력 제어 밸브(Manual Adjust Valve)인 가스공급장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 제어 밸브의 압력 조정 범위는 제 2 제어 밸브의 압력 조정 범위와 상이한 가스공급장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 1 제어 밸브의 압력 조정 범위는 제 2 제어 밸브의 압력 조정 범위와 적어도 일부 중첩된 가스공급장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    압력이 300Torr 이상과 유량을 15,000sccm 이상을 공급하기 위해 제1배관과 제2배관을 동시에 연결하는 것을 특징으로 하는 가스공급장치.
  8. 챔버;
    상기 챔버 내부의 공정공간에 기판을 지지하는 기판지지부;
    상기 공정공간의 상부에 상기 기판지지부 방향으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사부;
    인듐 전구체 물질과 캐리어 가스를 수용하는 캐니스터(canister);
    캐니스터와 챔버를 연결하는 제1배관;
    배관의 유입구와 유출구의 사이에 설치되며, 가스배관의 유량 조절을 통해 캐니스터의 압력을 조절하는 제 1 제어 밸브; 및
    제 1 제어 밸브와 제1배관에 병렬로 연결되는 제2배관;
    챔버와 캐니스터 사이에 연결된 제1배관과 제2배관의 유량이 변동이 되더라도 캐니스터의 압력이 일정하게 유지되는 적어도 하나의 제 2 제어 밸브를 포함하는 기판처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 2 제어 밸브는 APC(Auto Pressure Controller)인 기판처리장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    제 1 제어 밸브는 수동 압력 제어 밸브(Manual Adjust Valve)인 기판처리장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    압력이 300Torr 이상과 유량을 15,000sccm 이상을 공급하기 위해 제1배관과 제2배관을 동시에 연결하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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