KR20220131055A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20220131055A
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서강현
위규용
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 발명의 기판 처리 장치는 기판처리를 위한 처리공간을 형성하는 공정챔버; 상기 처리공간 하부에 형성되고, 상면에 복수의 기판들이 안착되는 회전 가능한 기판지지부; 상기 기판지지부와 대향되어 상기 공정챔버 상측에 설치되며, 제 1 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 1 가스분사부 및 제 2 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 2 가스분사부가 방사형으로 설치되는 샤워헤드; 상기 처리공간으로 공급된 상기 제 1 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 1 가스분사부에 인접하여 위치하는 제 1 배기라인 및 상기 처리공간으로 공급된 상기 제 2 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 2 가스분사부에 인접하여 위치하는 제 2 배기라인을 구비하는 배기부; 및 상기 제 2 배기라인의 바이패스 라인(By-pass Line)에 위치하여, 상기 제 1 가스분사부에서 분사된 상기 제 1 공정가스가 상기 제 2 배기라인으로 유입되는 것을 감지하는, 가스센서;를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for treating substrate}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)이 가능한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 고집적화로 인해서, 매우 얇은 두께의 박막에 대한 요구가 커지고 있고, 콘택홀 크기가 감소되면서 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 박막 증착 방법이 요구되고 있다. 이러한 여러 가지 문제점을 극복할 수 있는 증착 방법으로 원자층 증착(ALD) 공정이 적용되고 있다. 특히, 원자층 증착(ALD) 공정이 적용되면, 박막의 두께 제어가 원자 또는 분자층 단위로 제어가 가능해진다.
원자층 증착(ALD) 공정은 크게 공간 분할 방식과 시간 분할 방식의 두 가지 방식이 사용되고 있다. 공간 분할 방식의 원자층 증착 공정은 공정 가스들이 연속적으로 분사되는 동안 복수의 기판들이 회전하는 방식으로 생산성(throughput)이 좋은 반면 균일도(uniformity)가 떨어지는 문제가 있다. 시간 분할 방식의 원자층 증착 공정은 기판 상으로 공정 가스들이 시차를 두고 분사되는 방식으로 균일도가 좋은 반면 생산성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 생산성 및 환경안전 문제를 개선할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 장치는 기판처리를 위한 처리공간을 형성하는 공정챔버; 상기 처리공간 하부에 형성되고, 상면에 복수의 기판들이 안착되는 회전 가능한 기판지지부; 상기 기판지지부와 대향되어 상기 공정챔버 상측에 설치되며, 제 1 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 1 가스분사부 및 제 2 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 2 가스분사부가 방사형으로 설치되는 샤워헤드; 상기 처리공간으로 공급된 상기 제 1 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 1 가스분사부에 인접하여 위치하는 제 1 배기라인 및 상기 처리공간으로 공급된 상기 제 2 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 2 가스분사부에 인접하여 위치하는 제 2 배기라인을 구비하는 배기부; 및 상기 제 2 배기라인의 바이패스 라인(By-pass Line)에 위치하여, 상기 제 1 가스분사부에서 분사된 상기 제 1 공정가스가 상기 제 2 배기라인으로 유입되는 것을 감지하는, 가스센서;를 포함한다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며, 상기 가스센서는 상기 제 1 공정가스를 감지할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 공정가스는 유기 화합물을 함유하되 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 유기 화합물을 함유하지 않되 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며, 상기 가스센서는 상기 유기 화합물을 감지하는 광이온화검출기일 수 있다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 배기라인은 상기 공정챔버 내부에서 외부로 상기 제 1 공정가스의 배기 경로를 제공하는 제 1 펌핑 포트 및 상기 제 1 펌핑 포트에 연결된 제 1 쓰로틀 밸브를 구비하고, 상기 제 2 배기라인은 상기 공정챔버 내부에서 외부로 상기 제 2 공정가스의 배기 경로를 제공하되 상기 제 1 펌핑 포트와 이격되어 배치되는 제 2 펌핑 포트 및 상기 제 2 펌핑 포트에 연결된 제 2 쓰로틀 밸브를 구비할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 바이패스 라인은 입구와 출구가 상기 제 2 쓰로틀 밸브를 사이에 두고 형성될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도를 기준으로 하여, 상기 제 1 쓰로틀 밸브 및 상기 제 2 쓰로틀 밸브 중 적어도 어느 하나의 개도율을 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제 1 쓰로틀 밸브의 개도율을 증가하도록 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제 2 쓰로틀 밸브의 개도율을 감소하도록 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제 1 쓰로틀 밸브의 개도율을 증가하도록 조절하며 상기 제 2 쓰로틀 밸브의 개도율을 감소하도록 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도를 기준으로 하여, 상기 샤워헤드로부터 분사되는 상기 제 1 공정가스 및 상기 제 2 공정가스 중 적어도 하나의 분사량을 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 샤워헤드는 상기 기판지지부와 대향되어 상기 공정챔버 상측에 설치되며 제 3 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 3 가스분사부를 구비하며, 상기 제 2 배기라인은 상기 처리공간으로 공급된 상기 제 2 공정가스 뿐만 아니라 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 2 가스분사부 및 상기 제 3 가스분사부에 인접하여 위치할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 제 1 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며, 상기 제 3 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 제 2 소스가스이며, 상기 가스센서는 상기 제 1 공정가스와 상기 제 3 공정가스를 감지할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며, 상기 제 3 공정가스는 상기 소스가스가 상기 기판에 흡착되는 양을 조절하는 인히비터가스일 수 있다.
상기 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 공정가스는 제 1 유기 화합물을 함유하며, 상기 제 2 공정가스는 유기 화합물을 함유하지 않으며, 상기 제 3 공정가스는 제 2 유기 화합물을 함유하되, 상기 가스센서는 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물을 감지하는 광이온화검출기일 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 바이패스 라인으로 배기되는 배기가스의 유입을 제어하도록 상기 바이패스 라인에 설치된 밸브를 포함하되, 상기 제 3 가스분사부가 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간으로 공급하는 경우 상기 바이패스 라인의 상기 밸브를 닫고, 상기 제 3 가스분사부가 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간으로 공급하지 않는 경우 상기 바이패스 라인의 상기 밸브를 열도록, 상기 바이패스 라인의 상기 밸브의 온오프(ON-OFF)를 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배출되는 가스의 성분을 감지하여 공정챔버 내에서 가스들이 공간적으로 분리되고 있는지 여부를 모니터링할 수 있는 기판 처리 장치를 구현하며, 공간 분할에 이상이 있을 때 각 배기라인의 배기압을 조정함으로써 공정가스들의 혼합을 방지하여 파우더 발생을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 구현하며, 바이패스 구성에 따른 특정 스텝 진행으로 가스 감지 효율 및 센서 수명을 연장할 수 있는 기판 처리 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 샤워헤드와 주변 구성을 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 3은 기판 처리 장치의 일부 구성을 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 A1 영역에서 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부 구성을 적용한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 구현 가능한 기판 처리 방법을 도해하는 순서도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 수행하는 공간 분할 센싱 방법을 도해하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 샤워헤드와 주변 구성을 도시하는 개략적인 평면도이고, 도 3은 기판 처리 장치의 일부 구성을 도시하는 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3의 A1 영역에서 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부 구성을 적용한 개략적인 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 공정챔버(105), 기판지지부(130), 샤워헤드(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
공정챔버(105)는 내부에 기판 처리공간(A)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 공정챔버(105)의 기판 처리공간(A)은 진공 환경을 제공하기 위하여 배기라인(171, 172)을 통해서 적어도 하나 이상의 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다. 진공 펌프는 각각의 배기라인별로 개별적으로 연결되거나 배기라인들과 공통적으로 연결될 수 있다.
공정챔버(105)는 상방이 개방된 공정챔버 몸체(110) 및 공정챔버 몸체(110)의 상방을 덮는 탑 리드(120)를 포함할 수 있다. 공정챔버 몸체(110)의 측면에는 기판을 처리공간(A)으로 로딩 또는 언로딩할 수 있는 통로인 게이트(G)가 형성될 수 있다.
기판지지부(130)는 공정챔버(105)의 기판 처리공간(A)의 하부에 회전 가능하도록 설치되며, 기판지지부(130) 상으로 복수의 기판들이 회전 방향을 따라서 방사상으로 안착될 수 있다. 예를 들어, 기판지지부(130)는 공정챔버(105)의 중심축과 일치하는 회전축(C)을 기준으로 회전 가능하게 공정챔버 몸체(110)에 설치될 수 있다.
예를 들어, 기판지지부(130)는 공정챔버(105)의 외부로부터 내부로 밀봉 가능하게 결합되며 회전 동력을 받아서 회전되는 샤프트부와 이러한 샤프트부에 결합되는 상판부를 포함할 수 있다. 이러한 상판부에는 기판들이 안착될 수 있는 복수의 기판 안착부(135)가 방사상으로 배치될 수 있다. 기판들이 웨이퍼들인 경우, 기판 안착부(135)는 원형일 수 있다.
샤워헤드(140)는 기판지지부(130) 상으로 복수의 가스들을 공급하도록 기판지지부(130)에 대향되게 공정챔버(105)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 샤워헤드(140)는 공정챔버(105)의 탑리드(120)에 결합될 수 있다.
샤워헤드(140)는 상기 기판지지부(130)의 상부에 배치되어 제 1 공정가스를 상기 기판지지부(130) 상으로 공급하는 제 1 가스분사부(143), 제 2 공정가스를 상기 기판지지부(130) 상으로 공급하는 제 2 가스분사부(145), 제 3 공정가스를 상기 기판지지부(130) 상으로 공급하는 제 3 가스분사부(144)가 방사형으로 이격 설치되어 구성될 수 있다. 다만, 상기 제 3 가스분사부(144)는 샤워헤드(140)를 구성하는 선택적인 구성요소일 수 있다.
상기 제 1 공정가스는 제 1 유기 화합물을 함유하되 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 소스가스(source gas)이며, 상기 제 2 공정가스는 유기 화합물을 함유하지 않되 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스(reactant gas)이며, 상기 제 3 공정가스는 제 2 유기 화합물을 함유하되 상기 소스가스가 상기 기판에 흡착되는 양을 조절하는 인히비터가스(inhibitor gas)일 수 있다. 인히비터가스는, 예를 들어, 단차 구조를 가지는 패턴의 상부면에 작용하여 소스가스의 흡착을 억제함으로써 최종적으로 단차 구조의 충전(filling)을 양호하게 구현하기 위하여 제공되는 가스이다.
본 발명의 기술적 사상을 한정하지 않는 비제한적인 예로서, 상기 제 1 공정가스를 구성하는 상기 제 1 유기 화합물은 디메틸아민(Dimethylamine)이며, 상기 제 3 공정가스를 구성하는 상기 제 2 유기 화합물은 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol)이며, 상기 제 2 공정가스는 O3를 함유하는 반응가스일 수 있다.
한편, 샤워헤드(140)는 제 1 가스분사부(143), 제 2 가스분사부(145) 및 제 3 가스분사부(144) 사이에 각각 배치되어 상기 제 1 공정가스, 상기 제 2 공정가스 및/또는 상기 제 3 공정가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판지지부(130) 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스 공급장치(142)를 포함할 수 있다.
따라서, 제 1 공정가스 공급부(143), 제 2 공정가스 공급부(145), 제 3 공정가스 공급부(144) 및 복수의 퍼지가스 공급장치(142)는 방사상으로 이격 배치될 수 있다.
부가적으로, 샤워헤드(140)는 중심부에 커튼 가스(또는 퍼지가스)를 공급하기 위한 커튼 가스 공급부(141)를 더 포함할 수 있다. 커튼 가스 공급부(141)는, 제 1 공정가스 공급부(143), 제 2 공정가스 공급부(145), 제 3 공정가스 공급부(144)가 샤워헤드(140)의 중심부에서 서로 만나 가스들이 서로 섞이는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
샤워헤드(140)는 대략적으로 원형이고, 제 1 공정가스 공급부(143), 제 2 공정가스 공급부(145), 제 3 공정가스 공급부(144) 및 복수의 퍼지가스 공급장치(142)는 원형의 샤워헤드(140)를 원호 형태로 분할한 형상을 가질 수 있다. 즉, 이러한 샤워헤드(140)는 회전하는 기판지지부(130) 상의 기판들에 공간적으로 분할하여 대응될 수 있게 된다. 이러한 의미에서, 기판 처리 장치(100)는 공간 분할식 설비의 형태를 가질 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 상기 처리공간(A)으로 공급된 상기 제 1 공정가스를 상기 처리공간(A) 외부로 배기하기 위하여 상기 제 1 가스분사부(143)에 상대적으로 인접하여 위치하는 제 1 배기라인(171) 및 상기 처리공간(A)으로 공급된 상기 제 2 공정가스를 상기 처리공간(A) 외부로 배기하기 위하여 상기 제 2 가스분사부(145)에 인접하여 상대적으로 위치하는 제 2 배기라인(172)을 구비하는 배기부(170);를 포함한다.
여기에서, 제 1 배기라인(171)이 제 1 가스분사부(143)에 상대적으로 인접하여 위치한다는 것은 제 1 배기라인(171)이 제 2 가스분사부(145)보다 제 1 가스분사부(143)에 상대적으로 인접하여 위치한다는 것을 의미하며, 제 2 배기라인(172)이 제 2 가스분사부(145)에 상대적으로 인접하여 위치한다는 것은 제 2 배기라인(172)이 제 1 가스분사부(143)보다 제 2 가스분사부(145)에 상대적으로 인접하여 위치한다는 것을 의미한다.
상기 제 1 배기라인(171)은 상기 공정챔버(105) 내부에서 외부로 상기 제 1 공정가스의 배기 경로를 제공하는 제 1 펌핑 포트(P1) 및 상기 제 1 펌핑 포트(P1)에 연결된 제 1 쓰로틀 밸브(TV1)를 구비하고, 상기 제 2 배기라인(172)은 상기 공정챔버(105) 내부에서 외부로 상기 제 2 공정가스의 배기 경로를 제공하되 상기 제 1 펌핑 포트(P1)와 이격되어 배치되는 제 2 펌핑 포트(P2) 및 상기 제 2 펌핑 포트(P2)에 연결된 제 2 쓰로틀 밸브(TV2)를 구비할 수 있다.
펌핑 포트(P1, P2)는 공정챔버(105)의 하부에 구비되어 공정챔버를 진공으로 형성하거나, 공정들에 사용된 공정가스를 배출하기 위한 통로로 사용된다. 펌핑 포트(P1, P2)에는 펌프와 연결되며 다수의 밸브들이 구비된 배기관이 연결된다. 즉, 펌핑 포트(P1, P2)는 배관을 통하여 공정챔버(105) 외부에 설치된 진공 펌프와 연결되고, 이에 따라 공정챔버(105)의 기판 처리공간(A) 내부의 각종 처리 가스가 배기되거나 기판 처리공간(A) 내부에 진공 분위기가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 제 1 배기라인(171)은 제 1 쓰로틀 밸브(TV1)의 하단에 제 1 러핑 밸브 및 제 1 펌핑 라인 게이지가 순차적으로 배치될 수 있으며, 플라즈마를 이용한 정화 및 트랩 시스템인 PPS 장치와 TRAP 장치가 펌프 전단에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 배기라인(172)는 제 2 쓰로틀 밸브(TV2)의 하단에 제 2 러핑 밸브 및 제 2 펌핑 라인 게이지가 펌프의 앞에서 순차적으로 배치될 수 있다.
한편, 제 2 배기라인(172)은 상기 제 2 공정가스 뿐만 아니라 상기 제 3 공정가스를 상기 공정챔버(105) 외부로 가이드하여 배기시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 배기라인(172)은 상기 공정챔버(105) 내부에서 외부로 상기 제 3 공정가스의 배기 경로를 제공하되 상기 제 1 펌핑 포트(P1) 및 제 2 펌핑 포트(P2)와 이격되어 배치되는 제 3 펌핑 포트(P3)를 더 구비할 수 있다. 제 2 펌핑 포트(P2)와 제 3 펌핑 포트(P3)는 공정챔버(105) 외부에서 서로 연통되어 제 2 쓰로틀 밸브(TV2)에 연결될 수 있다. 반응가스인 상기 제 2 공정가스와 인히비터(inhibitor) 가스인 상기 제 3 공정가스는 함께 배기되어도 공정 상의 문제가 없기 때문에 2개의 펌핑 포트를 묶어서 배기할 수 있다. 이와 달리, 소스가스인 상기 제 1 공정가스는 별도의 단일 포트(제 1 펌핑 포트)에 연결된 제 1 쓰로틀 밸브(TV1)를 이용하여 배기된다.
상기 제 2 배기라인(172)은 바이패스 라인(184; By-pass Line)을 일부의 구성으로서 포함할 수 있다. 바이패스 라인(184)에는 바이패스 라인(184)으로 배기되는 배기가스의 유입을 제어하는 밸브(182)가 설치될 수 있다. 한편, 제 1 가스분사부(143)에서 분사된 상기 제 1 공정가스가 상기 제 2 배기라인(172)으로 유입되는 것을 감지하는 가스센서(186)가 바이패스 라인(184)에 위치할 수 있다. 바이패스 라인(184)은 가스센서(186)의 측정이 용이할 수 있게 차압이 가장 많이 걸리는 부위에 배치하는데, 예를 들어, 바이패스 라인(184)은 입구와 출구가 제 2 쓰로틀 밸브(TV2)를 사이에 두고 형성될 수 있다. 또한, 바이패스 라인(184)은 상기 제 1 공정가스의 응축을 방지하기 위해 별도의 히팅 장치(예를 들어, 자켓 히터(Jacket Heater))를 구비할 수 있다.
가스센서(186)는 상기 제 1 공정가스와 상기 제 3 공정가스를 구성하는 유기 화합물을 감지하는 광이온화검출기(PID Sensor)일 수 있다. 광이온화검출기에서는 가스가 센서로 들어가게 되면 극자외선 램프(UV Lamp)를 통해 10.6eV의 에너지가 방출되어 가스를 이온화를 시키게 되고, 이온화된 이온을 전극으로 집전 시켜 휘발성 유기 화합물(VOC) 농도에 비례한 검출 전류를 감지하는 원리를 이용한다.
광이온화검출기를 통한 가스 검출시, 광이온화검출기의 특징으로 인하여 검출 대상 가스의 유속이 빠르면 검출에 효과적이다. 본 구성에서는, 쓰로틀 밸브를 기준으로 바이패스 라인의 입구와 출구가 형성되어 차압으로 바이패스 라인 내의 가스 유속이 증가하며, 쓰로틀 밸브가 설치되는 배기라인의 직경보다 상대적으로 좁은 직경의 바이패스 라인으로 인하여 내부 유속이 증가하므로, 상기 광이온화검출기와 상기 바이패스 라인의 결합 구성은 효과적인 대상 가스 검출을 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 전술한 위치 및 구성을 가지는 상기 가스센서(186)에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도를 기준으로 하여, 상기 제 1 쓰로틀 밸브(TV1) 및 상기 제 2 쓰로틀 밸브(TV2) 중 적어도 어느 하나의 개도율을 조절하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 전술한 위치 및 구성을 가지는 상기 가스센서(186)에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 제어부(150)는 상기 제 1 쓰로틀 밸브(TV1)의 개도율을 증가하도록 조절하거나, 상기 제 2 쓰로틀 밸브(TV2)의 개도율을 감소하도록 조절하거나, 상기 제 1 쓰로틀 밸브(TV1)의 개도율을 증가하도록 조절하며 동시에 상기 제 2 쓰로틀 밸브(TV2)의 개도율을 감소하도록 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 변형된 기판 처리 장치에서 제어부(150)는, 전술한 위치 및 구성을 가지는 상기 가스센서(186)에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도를 기준으로 하여, 상기 샤워헤드로부터 분사되는 상기 제 1 공정가스 및 상기 제 2 공정가스 중 적어도 하나의 분사량을 조절할 수 있다.
예를 들어, 전술한 위치 및 구성을 가지는 상기 가스센서(186)에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 제어부(150)는 제 1 가스분사부(143)로부터 분사되는 상기 제 1 공정가스의 분사량을 감소하도록 조절하거나, 제 2 가스분사부(145)로부터 분사되는 상기 제 2 공정가스의 분사량을 증가하도록 조절하거나, 제 1 가스분사부(143)로부터 분사되는 상기 제 1 공정가스의 분사량을 감소하도록 조절하며 동시에 제 2 가스분사부(145)로부터 분사되는 상기 제 2 공정가스의 분사량을 증가하도록 조절할 수 있다.
상술한 구성에 의하면, 배출되는 가스의 성분을 감지하여 공정챔버 내에서 가스들이 공간적으로 분리되고 있는지 여부를 모니터링할 수 있다. 또한, 공간 분할에 이상이 있을 때 각 배기라인의 배기압을 조정함으로써 공정가스들의 혼합을 방지하여 파우더 발생을 억제할 수 있다. 나아가, 바이패스 구성으로 배관 내 차압을 형성함으로써 센서가 가스를 감지하는 효율성을 증가시킬 수 있다.
한편, 앞에서 설명한 바와 같이, 샤워헤드(140)는 상기 기판지지부(130)와 대향되어 상기 공정챔버(105) 상측에 설치되며 제 3 공정가스를 상기 기판지지부(130) 상으로 공급하는 제 3 가스분사부(144)를 구비할 수 있으며, 이 경우, 상기 제 2 배기라인(172)은 상기 처리공간(A)으로 공급된 상기 제 2 공정가스 뿐만 아니라 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간(A) 외부로 배기하기 위하여 상기 제 2 가스분사부(145) 및 상기 제 3 가스분사부(144)에 인접하여 위치할 수 있다.
가스센서(186)는 제 1 공정가스 및 제 3 공정가스를 모두 감지하기 때문에 특정 레시피 단계에서만 바이패스 라인(184)의 전단에 설치된 밸브(182)를 개폐하여 제 1 공정가스가 제 2 배기라인(172)으로 넘어오는지 감지할 필요성이 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 상기 제 3 가스분사부(144)가 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간(A)으로 공급하는 경우 상기 바이패스 라인(184)의 상기 밸브(182)를 닫고, 상기 제 3 가스분사부(144)가 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간(A)으로 공급하지 않는 경우 상기 바이패스 라인(184)의 상기 밸브(182)를 열도록, 상기 바이패스 라인(184)의 상기 밸브(182)의 온오프(ON-OFF)를 조절하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 구현 가능한 기판 처리 방법을 도해하는 순서도들이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 기판이 기판지지부(130) 상에 안착되어 회전하면서 샤워헤드(140)로부터 분사되는 가스에 노출되는 순서가 도해된다. 즉, 기판 상에 인히비터(inhibitor) 가스인 제 3 공정가스를 제공한 후 퍼지 가스를 제공하여 상기 인히비터 가스를 퍼지한다. 계속하여, 상기 기판 상에 소스가스(P1 Source)인 제 1 공정가스를 제공한 후 퍼지 가스를 제공하여 상기 소스가스를 퍼지한다. 이후에, 상기 기판 상에 반응가스(Reactant gas)인 제 2 공정가스를 제공한 후 퍼지 가스를 제공하여 상기 반응가스를 퍼지한다. 복수의 기판들이 안착된 기판지지부(130)가 회전하는 동안 상술한 가스들은 샤워헤드(140)로부터 끊임없이 지속적으로 제공된다.
가스센서(186)는 제 1 공정가스 및 제 3 공정가스를 구성하는 유기 화합물을 모두 감지하기 때문에, 도 5의 (a)에 도시된 제 1 레시피가 진행되는 동안에는, 제 2 배기라인(172)에 유입되는 유기 화합물이 제 1 공정가스에 의한 것인지 또는 제 3 공정가스에 의한 것인지 분별하기 어렵다.
그러나, 도 5의 (b)에 도시된 제 2 레시피에서와 같이, 기판 상에 인히비터(inhibitor) 가스인 제 3 공정가스를 제공하는 단계가 수행되지 않을 경우에는, 제 2 배기라인(172)에 유입되는 유기 화합물은 오직 제 1 공정가스에 의한 것이므로, 제 1 공정가스가 제 2 배기라인(172)으로 넘어오는 공간 분할 모티터링을 수행할 수 있다.
한편, 도 5의 (c)에 도시된 제 3 레시피에서와 같이, 제 3 가스분사부(144)에서 인히비터가스인 제 3 공정가스를 분사하지 않고 Ar과 같은 불활성가스를 분사하는 경우에서도, 제 2 배기라인(172)에 유입되는 유기 화합물은 오직 제 1 공정가스에 의한 것이므로, 제 1 공정가스가 제 2 배기라인(172)으로 넘어오는 공간 분할 모티터링을 수행할 수 있다.
즉, 인히비터가스인 제 3 공정가스를 사용하는 제 1 레시피에서는 가스센서(186)를 사용할 수 없으나, 공간 분할 여부를 모니터링할 수 있도록, 예를 들어, 100배치(batch) 마다 공간 분할 확인 단계를 추가하여 제 3 공정가스 대신 Ar과 같은 불활성가스를 흘린 상태에서 더미 기판을 넣고 모든 가스를 공급했을 때(제 3 레시피), 제 1 공정가스가 제 2 배기라인(172)으로 넘어가는지 여부를 확인하는 공간 분할 모니터링을 수행할 수 있다. 물론, 상기 제 2 레시피에서와 같이 제 3 공정가스를 사용하지 않는 레시피에서도 전술한 가스센서(186)를 이용한 공간 분할 모니터링이 가능하다.
도 5의 점선 표시 내의 레시피에서는 전술한 가스센서(186)를 사용하기 위하여 밸브(182)를 열어 공간 분할 모니터링을 수행하며, 일정 사이클을 반복한 후 밸브(182)을 닫아 가스센서(186)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 수행하는 공간 분할 센싱 모니터링 및 관리 방법을 도해하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 공간 분할 모니터링을 수행하기 위하여 정해진 공정 배치수에 도달하는지 여부를 판단(S11)한 후에, 상기 정해진 공정 배치수에 도달하면 공간 분할 검증 사이클을 진행한다(S12). 상기 검증 사이클은 도 5의 (b)에 개시된 제 2 레시피나 도 5의 (c)에 개시된 제 3 레시피를 수행하는 사이클을 포함할 수 있다.
전술한 위치 및 구성을 가지는 가스센서(186)에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분(유기 화합물) 농도가 기준치를 초과하는지 여부를 확인(S13)한 후에, 상기 기준치를 초과하는 경우, 제어부(150)는 상기 제 1 쓰로틀 밸브(TV1) 및 상기 제 2 쓰로틀 밸브(TV2) 중 적어도 어느 하나의 개도율을 조절한다(S14). 만약, 상기 기준치를 초과하지 않는 경우에는 후속 공정을 진행한다(S19).
한편, 쓰로틀 밸브의 개도율을 조절(S14)한 후에, 상술한 단계(S12)에서 설명한 공간분할 검증 사이클을 재진행한다(S15). 그리고 전술한 위치 및 구성을 가지는 가스센서(186)에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분(유기 화합물) 농도가 기준치를 초과하는지 여부를 확인(S13)한 후에, 상기 기준치를 다시 초과하는 경우, 상기 제 1 쓰로틀 밸브(TV1) 및 상기 제 2 쓰로틀 밸브(TV2)의 개도율이 정해진 범위 내에 있지 않으면 기판 처리 장치의 공정 진행을 중단하고 습식 PM을 진행(S18)한 후에 후속 공정을 진행한다(S19).
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상을 효과적으로 이해하기 위하여, 본 발명의 실시예와 비교되는 비교예를 상정하여 설명한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 비교예에 따른 기판 처리 장치를 설명하면, 제 1 공정가스를 분사하는 제 1 가스분사부(143)와 상대적으로 인접하는 제 1 배기라인(171)에는 제 1 공정가스와 반응하지 않고 제 2 공정가스만 반응하는 제 1 가스센서를 배치하고, 제 2 공정가스를 분사하는 제 2 가스분사부(145)와 상대적으로 인접하는 제 2 배기라인(172)에는 제 2 공정가스와 반응하지 않고 제 1 공정가스만 반응하는 제 2 가스센서를 배치할 수 있다.
이 경우, 각각의 센서가 동작하여 실시간으로 챔버 내 가스들이 서로 섞여있는지 모니터링할 수 있다. 그러나, 가스 배기라인으로 가스가 배기될 때 펌프가 빨아들이는 압력이 있기 때문에 처리공간(A) 내 공정가스의 확산만으로는 센서가 반응하기 어려움이 있다. 또한, 센서가 가스에 상시 노출되어 있기 때문에 시간이 지남에 따라서 수명이 단축될 수 있다.
이와 달리, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 제공된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에서는 반응가스인 제 2 배기라인(172)으로 소스가스인 제 1 공정가스가 침투할 때 상기 제 1 공정가스를 감지할 수 있는 가스센서(186)가 장착된다. 상기 가스센서(186)는 반응가스에는 반응하지 않고 소스가스에만 반응하여 감지한다. 상기 가스센서(186)는 별도의 바이패스 라인(184)을 구성하여 설치하되, 제 1 공정가스 및 제 3 공정가스 중 제 1 공정가스만을 감지할 수 있게 특정 단계에서만 가스를 감지할 수 있도록 배관을 개폐할 수 있는 밸브(182)를 포함한다.
이러한 구성을 도입함에 따라, 배출되는 가스의 성분을 감지하여 공정챔버 내에서 가스들이 공간적으로 분리되고 있는지 여부를 모니터링할 수 있는 기판 처리 장치를 구현하며, 공간 분할에 이상이 있을 때 각 배기라인의 배기압을 조정함으로써 공정가스들의 혼합을 방지하여 파우더 발생을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 구현하며, 바이패스 구성에 따른 특정 스텝 진행으로 가스 감지 효율 및 센서 수명을 연장할 수 있는 기판 처리 장치를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 기판 처리 장치
105: 공정챔버
130: 기판지지부
140 : 샤워헤드
142 : 퍼지가스 공급장치
143 : 제 1 가스분사부
145 : 제 2 가스분사부
171 : 제 1 배기라인
172 : 제 2 배기라인
182 : 밸브
184 : 바이패스 라인
186 : 가스센서
P1 : 제 1 펌핑 포트
P2 : 제 2 펌핑 포트
TV1 : 제 1 쓰로틀 밸브
TV2 : 제 2 쓰로틀 밸브

Claims (15)

  1. 기판처리를 위한 처리공간을 형성하는 공정챔버;
    상기 처리공간 하부에 형성되고, 상면에 복수의 기판들이 안착되는 회전 가능한 기판지지부;
    상기 기판지지부와 대향되어 상기 공정챔버 상측에 설치되며, 제 1 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 1 가스분사부 및 제 2 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 2 가스분사부가 방사형으로 설치되는 샤워헤드;
    상기 처리공간으로 공급된 상기 제 1 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 1 가스분사부에 인접하여 위치하는 제 1 배기라인 및 상기 처리공간으로 공급된 상기 제 2 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 2 가스분사부에 인접하여 위치하는 제 2 배기라인을 구비하는 배기부; 및
    상기 제 2 배기라인의 바이패스 라인(By-pass Line)에 위치하여, 상기 제 1 가스분사부에서 분사된 상기 제 1 공정가스가 상기 제 2 배기라인으로 유입되는 것을 감지하는, 가스센서;를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며,
    상기 가스센서는 상기 제 1 공정가스를 감지하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공정가스는 유기 화합물을 함유하되 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 유기 화합물을 함유하지 않되 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며,
    상기 가스센서는 상기 유기 화합물을 감지하는 광이온화검출기인 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 배기라인은 상기 공정챔버 내부에서 외부로 상기 제 1 공정가스의 배기 경로를 제공하는 제 1 펌핑 포트 및 상기 제 1 펌핑 포트에 연결된 제 1 쓰로틀 밸브를 구비하고,
    상기 제 2 배기라인은 상기 공정챔버 내부에서 외부로 상기 제 2 공정가스의 배기 경로를 제공하되 상기 제 1 펌핑 포트와 이격되어 배치되는 제 2 펌핑 포트 및 상기 제 2 펌핑 포트에 연결된 제 2 쓰로틀 밸브를 구비하는,
    기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 바이패스 라인은 입구와 출구가 상기 제 2 쓰로틀 밸브를 사이에 두고 형성된,
    기판 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도를 기준으로 하여, 상기 제 1 쓰로틀 밸브 및 상기 제 2 쓰로틀 밸브 중 적어도 어느 하나의 개도율을 조절하는 제어부;를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제 1 쓰로틀 밸브의 개도율을 증가하도록 조절하는 제어부;를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제 2 쓰로틀 밸브의 개도율을 감소하도록 조절하는 제어부;를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제 1 쓰로틀 밸브의 개도율을 증가하도록 조절하며 상기 제 2 쓰로틀 밸브의 개도율을 감소하도록 조절하는 제어부;를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스센서에 의하여 검출되는 상기 제 1 공정가스의 성분 농도를 기준으로 하여, 상기 샤워헤드로부터 분사되는 상기 제 1 공정가스 및 상기 제 2 공정가스 중 적어도 하나의 분사량을 조절하는 제어부;를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 기판지지부와 대향되어 상기 공정챔버 상측에 설치되며 제 3 공정가스를 상기 기판지지부 상으로 공급하는 제 3 가스분사부를 구비하며,
    상기 제 2 배기라인은 상기 처리공간으로 공급된 상기 제 2 공정가스 뿐만 아니라 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간 외부로 배기하기 위하여 상기 제 2 가스분사부 및 상기 제 3 가스분사부에 인접하여 위치하는,
    기판 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 제 1 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며, 상기 제 3 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 제 2 소스가스이며,
    상기 가스센서는 상기 제 1 공정가스와 상기 제 3 공정가스를 감지하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 공정가스는 상기 기판 상에 공급되어 적어도 일부가 상기 기판 상에 흡착되는 소스가스이며, 상기 제 2 공정가스는 상기 소스가스가 흡착된 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 반응가스이며, 상기 제 3 공정가스는 상기 소스가스가 상기 기판에 흡착되는 양을 조절하는 인히비터가스인 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 공정가스는 제 1 유기 화합물을 함유하며, 상기 제 2 공정가스는 유기 화합물을 함유하지 않으며, 상기 제 3 공정가스는 제 2 유기 화합물을 함유하되,
    상기 가스센서는 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물을 감지하는 광이온화검출기인 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 바이패스 라인으로 배기되는 배기가스의 유입을 제어하도록 상기 바이패스 라인에 설치된 밸브를 포함하되,
    상기 제 3 가스분사부가 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간으로 공급하는 경우 상기 바이패스 라인의 상기 밸브를 닫고, 상기 제 3 가스분사부가 상기 제 3 공정가스를 상기 처리공간으로 공급하지 않는 경우 상기 바이패스 라인의 상기 밸브를 열도록, 상기 바이패스 라인의 상기 밸브의 온오프(ON-OFF)를 조절하는 제어부;를 포함하는,
    기판 처리 장치.
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