KR20240053771A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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강동석
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한화정밀기계 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 기화기 또는 가스 공급 라인에 잔류하는 가스를 공정에 이용하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판의 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버와, 플라즈마의 발생을 위한 RF 전력을 상기 공정 챔버로 공급하는 전력 공급부와, 전구체 이송 라인을 통하여 이송된 액상의 전구체를 기화시켜 기상의 전구체를 생성하고, 상기 기상의 전구체를 상기 공정 챔버로 공급하는 기화기, 및 상기 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 압력을 참조하여 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체가 소비되어 플라즈마가 발생되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for processing substrate}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기화기 또는 가스 공급 라인에 잔류하는 가스를 공정에 이용하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판에 박막을 증착시키기 위하여 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 또는 원자층 박막 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition) 등이 이용될 수 있다. 화학 기상 증착법 또는 원자층 박막 증착법에 의한 경우 소스 가스가 기판의 표면에서 화학 반응을 일으켜 박막이 형성될 수 있다. 특히, 원자층 박막 증착법에 의한 경우 기판의 표면에 부착된 원료 기체의 한 층이 박막을 형성하기 때문에 원자의 직경과 유사한 두께의 박막을 형성하는 것이 가능하다.
공정 온도의 범위를 확장하기 위하여 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 플라즈마 원자층 박막 증착법(PEALD; Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)이 이용될 수 있다. 플라즈마 화학 기상 증착법 및 플라즈마 원자층 박막 증착법은 화학 기상 증착법 및 원자층 박막 증착법에 비하여 낮은 온도에서 공정 처리가 가능하기 때문에 박막의 물성이 향상될 수 있다.
소스 가스로서 전구체가 이용될 수 있다. 액상의 전구체는 기화되어 공정 챔버로 공급될 수 있다. 공정 챔버로 기상의 전구체를 공급하기 위하여 기화기 및 가스 공급 라인이 구비될 수 있는데, 기화기 및 가스 공급 라인에 잔류하는 가스는 이용되지 않고 폐기될 수 있다.
따라서, 기화기 및 가스 공급 라인에 잔류하는 가스를 고려하여 공정이 수행될 수 있도록 하는 발명의 등장이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0124383호 (2010.11.29)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기화기 또는 가스 공급 라인에 잔류하는 가스를 공정에 이용하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판의 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버와, 플라즈마의 발생을 위한 RF 전력을 상기 공정 챔버로 공급하는 전력 공급부와, 전구체 이송 라인을 통하여 이송된 액상의 전구체를 기화시켜 기상의 전구체를 생성하고, 상기 기상의 전구체를 상기 공정 챔버로 공급하는 기화기, 및 상기 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 압력을 참조하여 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체가 소비되어 플라즈마가 발생되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 압력에 대응하여 확장 시간을 설정하고, 사전에 설정된 전력 공급 시간을 상기 확장 시간만큼 확장시켜 RF 전력이 공급되도록 상기 전력 공급부를 제어한다.
상기 제어부는 상기 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 상기 확장 시간만큼 RF 전력의 공급이 유지되도록 상기 전력 공급부를 제어한다.
상기 제어부는 사전에 설정된 상기 RF 전력의 공급 개시 시점에서 상기 확장 시간만큼 미리 RF 전력의 공급이 개시되도록 상기 전력 공급부를 제어한다.
상기 제어부는 상기 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 상기 공정 챔버에 존재하는 기상의 전구체 및 반응 가스의 부분 압력(partial pressure) 비율이 사전에 설정된 임계 비율 범위에 포함되는 압력 지속 시간을 참조하여 상기 확장 시간을 산출한다.
상기 제어부는 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 측정 압력과 상기 측정 압력에 대응하여 확인된 압력 지속 시간을 참조하여 상기 확장 시간을 산출한다.
상기 제어부는 사전에 설정된 전력 공급 시간을 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 압력에 대응하여 설정된 확장 시간 및 보조 시간만큼 확장시켜 RF 전력이 공급되도록 상기 전력 공급부를 제어한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 따르면 기화기 또는 가스 공급 라인에 잔류하는 가스를 공정에 이용하기 때문에 공정 가스의 낭비를 방지하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 소스 가스 및 반응 가스가 공정 챔버로 공급되는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 액상 전구체의 공급이 중단된 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 기상 전구체 및 반응 가스의 부분 압력 비율이 변화하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 기화기의 내부 압력에 대한 압력 지속 시간의 분포를 나타낸 도면이다.
도 6은 기화기의 내부 압력에 대한 압력 지속 시간의 분포를 기초로 압력 지속 그래프가 형성되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 압력 지속 그래프를 기초로 압력 지속 시간이 산출되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 전력 공급 시간이 확장되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 전구체 이송 라인이 차단되기 이전에 전력 공급 시간이 확장되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 보조 시간이 반영되어 전력 공급 시간이 확장되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 샤워헤드(300), 전력 공급부(400), 기화기(500), 전구체 이송 라인(611), 소스 가스 공급 라인(612), 반응 가스 공급 라인(620), 압력 측정부(700), 압력비 산출부(800) 및 제어부(900)를 포함하여 구성된다.
공정 챔버(100)는 기판(W)의 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)에는 기판 지지부(200)가 구비될 수 있다. 기판 지지부(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지부(200)는 기판(W)이 안착 가능한 안착면을 구비할 수 있다. 기판 지지부(200)의 안착면에 안착된 기판(W)에 대하여 공정이 수행될 수 있다.
기판 지지부(200)는 기판(W)을 가열할 수 있다. 이를 위하여. 기판 지지부(200)의 내부에는 히터(미도시)가 구비될 수 있다. 히터에서 발산된 열은 기판 지지부(200)의 몸체를 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다.
기판 지지부(200)는 접지된 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 샤워헤드(300)에 RF 전력이 공급되는 경우 샤워헤드(300)와 기판 지지부(200)의 사이에 전계가 형성될 수 있다.
샤워헤드(300)는 기판(W)에 대한 공정을 위한 공정 가스를 분사하는 역할을 수행한다. 공정 가스는 소스 가스 공급 라인(612) 및 반응 가스 공급 라인(620)을 통해 샤워헤드(300)로 공급될 수 있다. 샤워헤드(300)는 공정 챔버(100)의 상부에 배치될 수 있다. 샤워헤드(300)에서 분사된 공정 가스는 하측 방향으로 이동하여 기판(W)에 도달하게 된다.
본 발명에서 공정 가스는 소스 가스 및 반응 가스를 포함할 수 있다. 소스 가스는 소스 가스 공급 라인(612)을 통해 샤워헤드(300)로 공급되고, 반응 가스는 반응 가스 공급 라인(620)을 통해 샤워헤드(300)로 공급될 수 있다. 소스 가스 및 반응 가스는 샤워헤드(300)에서 순차적으로 분사되거나 동시에 분사될 수 있다. 소스 가스 및 반응 가스는 샤워헤드(300)에서 분사된 이후에 서로 충돌하여 반응할 수 있다. 그리고, 반응 가스에 의하여 활성화된 소스 가스가 기판(W)에 접촉하여 기판(W)에 대한 공정 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 활성화된 소스 가스가 기판(W)에 박막으로 증착될 수 있다.
전력 공급부(400)는 플라즈마의 발생을 위한 RF 전력을 공정 챔버(100)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 전력 공급부(400)는 공정 챔버(100)에 구비된 샤워헤드(300)로 RF 전력을 공급할 수 있다. 샤워헤드(300)의 천장면에는 RF 전력을 공급받는 전극 플레이트(미도시)가 구비될 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판 지지부(200)는 접지된 전극을 포함할 수 있다. 전극 플레이트로 RF 전력이 공급되는 경우 전극 플레이트와 기판 지지부(200)의 전극의 사이에 전계가 형성될 수 있다. RF 전력의 공급으로 형성된 전계에 의해 공정 챔버(100)로 유입된 공정 가스가 플라즈마 상태의 입자로 변환되고, 플라즈마 입자가 상호간에 반응하거나 기판(W)의 표면과 반응하여 기판(W)에 대한 공정 처리가 수행될 수 있다.
기화기(500)는 전구체 이송 라인(611)을 통하여 이송된 액상의 전구체를 기화시켜 기상의 전구체를 생성하고, 기상의 전구체를 공정 챔버(100)로 공급할 수 있다. 기화기(500)는 액상의 전구체를 가열하여 기상의 전구체로 상태 변환할 수 있다. 이하, 기화기(500)로 공급되는 액상의 전구체를 액상 전구체라 하고, 기화기(500)에 의해 생성되어 배출되는 기상의 전구체를 기상 전구체라 한다.
전술한 소스 가스는 기화기(500)에서 배출되는 기상 전구체를 포함할 수 있다. 기상 전구체가 소스 가스로서 공정 챔버(100)로 공급될 수 있는 것이다. 기화기(500)에서 배출된 기상 전구체는 소스 가스 공급 라인(612)을 통해 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다.
반응 가스 공급 라인(620)은 반응 가스의 이송 경로를 제공할 수 있다. 반응 가스 공급 라인(620)을 통해 이송된 반응 가스는 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다.
전구체 이송 라인(611) 및 반응 가스 공급 라인(620)에는 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 구비될 수 있다. 제1 밸브(V1)는 전구체 이송 라인(611)을 개방하거나 차단할 수 있다. 제2 밸브(V2)는 반응 가스 공급 라인(620)을 개방하거나 차단할 수 있다.
압력 측정부(700)는 기화기(500) 및 소스 가스 공급 라인(612) 중 적어도 하나의 내부에 잔류하는 전구체의 압력을 측정할 수 있다. 이하, 압력 측정부(700)에 의해 기화기(500)의 내부에 잔류하는 전구체의 압력이 측정되는 것을 위주로 설명하기로 한다. 압력 측정부(700)에 의한 측정 결과는 제어부(900)로 전달되고, 제어부(900)는 측정 결과를 참조하여 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다.
압력비 산출부(800)는 공정 챔버(100)에 존재하는 가스를 분석하여 기상 전구체 및 반응 가스의 부분 압력 비율을 산출할 수 있다. 기판(W)에 대한 공정을 위하여 기상 전구체 및 반응 가스가 샤워헤드(300)를 통하여 공정 챔버(100)의 내부로 주입될 수 있는데, 압력비 산출부(800)는 기상 전구체의 부분 압력 및 반응 가스의 부분 압력을 산출하고, 부분 압력의 산출 결과를 참조하여 부분 압력 비율을 산출하는 것이다. 압력비 산출부(800)에 의한 산출 결과는 제어부(900)로 전달되고, 제어부(900)는 산출 결과를 참조하여 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다.
제어부(900)는 기판 처리 장치(10)에 구비된 부품에 대한 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(900)는 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)를 제어하여 전구체 이송 라인(611) 및 반응 가스 공급 라인(620)을 개방하거나 차단할 수 있다. 또한, 제어부(900)는 전력 공급부(400)를 제어하여 공정 챔버(100)로 RF 전력이 공급되거나 공급 중단되도록 할 수 있다.
특히, 제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 기화기(500)에 잔류하는 전구체의 압력을 참조하여 기화기(500)에 잔류하는 전구체가 소비되어 플라즈마가 발생되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다. 전구체 이송 라인(611)에는 제1 밸브(V1)가 구비될 수 있다. 공정 챔버(100)로 기상 전구체가 충분히 공급된 경우 제어부(900)는 제1 밸브(V1)를 제어하여 전구체 이송 라인(611)을 차단할 수 있다. 전구체 이송 라인(611)이 차단되는 경우 기화기(500)로 액상 전구체의 이송이 중단되고, 공정 챔버(100)는 공급된 기상 전구체로 기판(W)에 대한 공정을 수행할 수 있다.
공정 챔버(100)의 내부로 공급이 완료된 기상 전구체만을 고려하여 전력 공급부(400)가 RF 전력을 공급하는 경우 기화기(500) 및 소스 가스 공급 라인(612)에 잔류하는 기상 전구체가 불필요하게 폐기될 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 기화기(500) 및 소스 공급 라인에 잔류하는 기상 전구체까지 모두 이용하여 기판(W)의 공정을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 기화기(500)에 잔류하는 기상 전구체의 압력을 확인할 수 있다. 기상 전구체의 압력은 압력 측정부(700)로부터 전달된 것일 수 있다. 그리고, 제어부(900)는 측정 압력을 참조하여 기화기(500)에 잔류하는 기상 전구체의 양을 결정하고, 해당 양만큼의 기상 전구체가 추가적으로 소비되도록 전력 공급부(400)에 의한 전력 공급 시간이 확장되도록 할 수 있다.
구체적으로, 제어부(900)는 기화기(500)에 잔류하는 기상의 전구체의 압력에 대응하여 확장 시간을 설정하고, 사전에 설정된 전력 공급 시간을 확장 시간만큼 확장시켜 RF 전력이 공급되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다. 여기서, 사전에 설정된 전력 공급 시간은 공정 챔버(100)에 존재하는 기상 전구체만으로 기판(W)에 대한 공정이 수행되도록 전력 공급부(400)에 의하여 RF 전력이 공정 챔버(100)로 공급되도록 하는 시간으로서, 이는 다수의 실험 또는 공정을 통하여 결정된 것일 수 있다. 즉, 전력 공급 시간은 고정된 시간으로서, 제어부(900)는 확장 시간만큼 전력 공급 시간을 확장하여 RF 전력이 공급되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있는 것이다.
전력 공급부(400)에 의해 전력 공급 시간이 확장됨에 따라 전구체 이송 라인(611)이 차단된 시점까지 공정 챔버(100)에 공급된 기상 전구체뿐만 아니라 이후에 기화기(500)에서 유출된 기상 전구체도 기판(W)에 대한 공정에 이용될 수 있게 된다.
도 2는 소스 가스 및 반응 가스가 공정 챔버로 공급되는 것을 나타낸 도면이고, 도 3은 액상 전구체의 공급이 중단된 것을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 소스 가스 및 반응 가스(RG)가 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다. 소스 가스는 소스 가스 공급 라인(612)을 통해 공정 챔버(100)로 공급되고, 반응 가스(RG)는 반응 가스 공급 라인(620)을 통해 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다.
소스 가스는 기상 전구체(PG)일 수 있다. 액상 전구체(PL)가 전구체 이송 라인(611)을 통해 기화기(500)로 이송되면 기화기(500)는 액상 전구체(PL)를 기상 전구체(PG)로 기화시킬 수 있다. 기상 전구체(PG)가 소스 가스로서 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다.
공정 챔버(100)로 기상 전구체(PG)가 충분히 공급된 경우 제1 밸브(V1)에 의해 전구체 이송 라인(611)이 차단될 수 있다. 도 3을 참조하여 설명하면, 제1 밸브(V1)가 전구체 이송 라인(611)을 차단한 경우 기화기(500)로 액상 전구체(PL)의 이송이 중단될 수 있다. 한편, 기화기(500)로 액상 전구체(PL)의 이송이 중단된 이후에도 일정 시간동안 기상 전구체(PG)가 기화기(500)에서 배출되어 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다.
기상 전구체(PG) 및 반응 가스(RG)가 공급된 이후에 전력 공급부(400)는 샤워헤드(300)로 RF 전력을 공급할 수 있다. RF 전력이 공급됨에 따라 공정 챔버(100)의 내부에 전계가 형성되고, 기상 전구체(PG) 및 반응 가스(RG)가 플라즈마 입자로 변환될 수 있다. 플라즈마 입자는 상호간에 반응하거나 기판(W)의 표면과 반응하여 기판(W)에 대한 공정 처리가 수행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 기화기(500)에 잔류하는 기상 전구체(PG)가 소비되어 플라즈마가 발생되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다. 제어부(900)는 전력 공급 시간을 확장시키고, 확장된 시간만큼 RF 전력이 공급되도록 전력 공급부(400)를 제어하는 것이다.
확장 시간을 산출하기 위하여, 제어부(900)는 공정 챔버(100)에 존재하는 기상 전구체(PG) 및 반응 가스(RG)의 부분 압력 비율을 참조할 수 있다. 이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 제어부(900)에 의해 확장 시간이 산출되는 것을 설명하기로 한다.
도 4는 기상 전구체 및 반응 가스의 부분 압력 비율이 변화하는 것을 나타낸 도면이고, 도 5는 기화기의 내부 압력에 대한 압력 지속 시간의 분포를 나타낸 도면이고, 도 6은 기화기의 내부 압력에 대한 압력 지속 시간의 분포를 기초로 압력 지속 그래프가 형성되는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 압력 지속 그래프를 기초로 압력 지속 시간이 산출되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 기상 전구체(PG) 및 반응 가스(RG)의 부분 압력 비율은 기상 전구체(PG)의 공급에 따라 결정될 수 있다.
도 4에서 m은 반응 가스(RG)의 기준량을 나타내고, n은 기상 전구체(PG)의 기준량을 나타내며, a는 임계 비율 범위를 한정하기 위한 임계값을 나타낸다. 기상 전구체(PG)의 공급이 진행됨에 따라 기상 전구체(PG) 및 반응 가스(RG)의 부분 압력 비율이 상승하고, 기상 전구체(PG)의 공급이 차단됨에 따라 기상 전구체(PG) 및 반응 가스(RG)의 부분 압력 비율이 하강하게 된다.
제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 공정 챔버(100)에 존재하는 기상의 전구체 및 반응 가스(RG)의 부분 압력(partial pressure) 비율이 사전에 설정된 임계 비율 범위에 포함되는 압력 지속 시간을 참조하여 확장 시간을 산출할 수 있다.
확장 시간의 산출을 위하여 제어부(900)는 우선적으로 기상의 전구체 및 반응 가스(RG)의 부분 압력 비율을 참조하여 압력 지속 시간을 산출할 수 있다. 도 4를 참조하여 설명하면, t1 시점에 전구체 이송 라인(611)이 차단됨에 따라 부분 압력 비율이 하강할 수 있다. 그리하여, t2 시점에 부분 압력 비율이 임계 비율 범위를 벗어날 수 있다. 제어부(900)는 t1 시점부터 t2 시점 간의 시간인 d를 압력 지속 시간으로 산출할 수 있다.
압력 지속 시간은 기화기(500)에 잔류하는 기상 전구체(PG)의 양에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 기화기(500)에 잔류하는 기상 전구체(PG)의 양이 많을수록 압력 지속 시간을 길어지고, 기화기(500)에 잔류하는 기상 전구체(PG)의 양이 적을수록 압력 지속 시간을 짧아질 수 있다.
제어부(900)는 기화기(500)에 잔류하는 기상의 전구체의 측정 압력과 측정 압력에 대응하여 확인된 압력 지속 시간을 참조하여 확장 시간을 산출할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(900)는 측정 압력과 압력 지속 시간 간의 상관 관계를 결정할 수 있다.
제어부(900)는 다수의 실험 또는 공정을 통하여 측정된 기화기(500)의 내부 압력과 해당 압력에 대응하는 압력 지속 시간을 확인할 수 있다. 도 5를 참조하여 설명하면, 제어부(900)는 기화기(500)의 내부 압력이 p1인 경우 압력 지속 시간이 d1이고, 기화기(500)의 내부 압력이 p2인 경우 압력 지속 시간이 d2인 것을 확인할 수 있다. 도 5에서 가로축은 기화기(500)의 내부 압력을 나타내고, 세로축은 압력 지속 시간을 나타낸다. 도 5에서 좌표 평면상의 각 점은 서로 다른 다수의 실험 또는 공정에서 확인된 기화기(500)의 내부 압력 및 압력 지속 시간의 대응 지점(이하, 압력 대응점이라 한다)을 나타낸다.
압력 대응점의 개수는 사전에 실행된 실험 또는 공정의 수와 유사하거나 동일할 수 있으며, 기화기(500)의 내부 압력과 압력 지속 시간은 일정한 비례 관계가 형성되기 때문에 압력 대응점은 일정한 형태를 갖고 분포될 수 있다. 예를 들어, 기화기(500)의 내부 압력이 클수록 압력 지속 시간이 길어지는 것을 나타내도록 압력 대응점이 분포될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제어부(900)는 기화기(500)의 내부 압력에 대한 압력 지속 시간의 분포를 기초로 압력 지속 그래프(G)를 형성할 수 있다.
압력 지속 그래프(G)는 복수의 압력 대응점과의 거리 분산이 최소화되도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 압력 지속 그래프(G)는 최소 제곱 근사법(LSA; Least Squares Approximation)에 의해 결정될 수 있다. 압력 지속 그래프(G)는 직선의 형태로 제공될 수 있고, 곡선의 형태로 제공될 수도 있다. 이하, 직선 형태의 압력 지속 그래프(G)를 위주로 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 제어부(900)는 압력 지속 그래프(G)를 기초로 압력 지속 시간을 산출할 수 있다.
일단 압력 지속 그래프(G)가 산출된 이후에 목표로 하는 기판(W)에 대한 공정이 수행될 수 있다. 이 때, 제어부(900)는 사전에 산출된 압력 지속 그래프(G)를 이용하여 압력 지속 시간을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(900)는 기화기(500)의 내부 압력을 압력 지속 그래프(G)에 적용하여 압력 지속 시간을 산출할 수 있다. 도 7을 참조하여 설명하면, 기화기(500)의 내부 압력이 P1인 경우 제어부(900)는 압력 지속 시간을 D1으로 산출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 기화기(500)의 내부 압력이 P2인 경우 제어부(900)는 압력 지속 시간을 D2로 산출할 수 있다.
압력 지속 시간이 산출되면 제어부(900)는 해당 압력 지속 시간을 확장 시간으로 결정하고, 전력 공급 시간을 확장할 수 있다. 이하, 도 8 내지 도 10을 통하여 전력 공급 시간이 확장되는 것을 설명하기로 한다.
도 8은 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 전력 공급 시간이 확장되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 전구체 이송 라인이 차단되기 이전에 전력 공급 시간이 확장되는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 보조 시간이 반영되어 전력 공급 시간이 확장되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 확장 시간만큼 RF 전력의 공급이 유지되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다.
도 8에서 t1은 전구체 이송 라인(611)이 개방된 시점을 나타내고, t2는 공정 챔버(100)로 RF 전력이 공급된 시점을 나타내고, t3은 전구체 이송 라인(611)이 차단된 시점을 나타내고, t4는 RF 전력의 공급이 중단된 시점을 나타내며, E는 확장 시간을 나타낸다.
제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)이 개방된 t1 시점에서 일정 시간이 경과한 t2 시점에 공정 챔버(100)로 RF 전력이 공급되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다. 여기서, t2는 기상 전구체(PG) 및 반응 가스(RG)의 부분 압력 비율이 임계 비율 범위에 포함되기 시작한 시점을 나타낸 것일 수도 있다.
공정 챔버(100)로 기상 전구체(PG)가 충분히 공급된 것으로 판단되는 경우 제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)을 차단할 수 있다. 그리고, 제어부(900)는 기화기(500)의 내부 압력을 이용하여 확장 시간을 산출하고, 산출된 확장 시간으로 전력 공급 시간을 확장할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 확장 시간만큼 전력 공급 시간이 확장되어 공정 챔버(100)로 RF 전력이 공급되고, 확장 시간이 경과한 t4 시점에 RF 전력의 공급이 중단될 수 있다. 확장 시간 동안에 기화기(500) 및 소스 가스 공급 라인(612)에 잔류하는 기상 전구체(PG)가 공정 챔버(100)로 유입되어 기판(W)에 대한 공정에 이용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제어부(900)는 사전에 설정된 RF 전력의 공급 개시 시점에서 확장 시간만큼 미리 RF 전력의 공급이 개시되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다.
도 9에서 t1은 전구체 이송 라인(611)이 개방된 시점을 나타내고, t2는 전력 공급 예정 시점을 나타내고, t3는 RF 전력의 공급이 중단된 시점을 나타내고, t4는 공정 챔버(100)로 RF 전력이 공급된 시점을 나타내며, E는 확장 시간을 나타낸다. 여기서, 전력 공급 예정 시점은 t1에서 사전에 설정된 일정 시간이 경과한 시점을 나타낸다. 확장 시간이 적용되지 않는 경우 제어부(900)는 t2 시점에 RF 전력의 공급이 개시되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)의 제어부(900)는 확장 시간을 적용하여 RF 전력이 공급되도록 할 수 있고, 이를 위하여 전력 공급 예정 시점보다 확장 시간만큼 미리 RF 전력이 공급되도록 할 수 있다. 이에 따라, RF 전력은 t4 시점에 공급되고, 전력 공급 시간은 확장 시간만큼 확장될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제어부(900)는 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 확장 시간 및 보조 시간만큼 RF 전력의 공급이 유지되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다.
도 10에서 t1은 전구체 이송 라인(611)이 개방된 시점을 나타내고, t2는 공정 챔버(100)로 RF 전력이 공급된 시점을 나타내고, t3은 전구체 이송 라인(611)이 차단된 시점을 나타내고, t4는 전구체 이송 라인(611)이 차단된 이후에 확장 시간만큼 경과된 시점을 나타내고, t5는 RF 전력의 공급이 중단된 시점을 나타내고, E는 확장 시간을 나타내며, M은 보조 시간을 나타낸다.
제어부(900)는 사전에 설정된 전력 공급 시간을 기화기(500)에 잔류하는 기상의 전구체의 압력에 대응하여 설정된 확장 시간 및 보조 시간만큼 확장시켜 RF 전력이 공급되도록 전력 공급부(400)를 제어할 수 있다. 기화기(500) 및 소스 가스 공급 라인(612)에 잔류하는 기상 전구체(PG)를 모두 기판(W)의 공정에 이용하기 위하여 전력 공급 시간이 확장 시간만큼 확장될 수 있다. 한편, 확장 시간은 사전에 수행된 실험 또는 공정을 통하여 산출된 것으로서 이를 적용하더라도 기화기(500) 및 소스 가스 공급 라인(612)에 잔류하는 기상 전구체(PG)가 모두 이용되지 못할 수 있다. 보조 시간은 이러한 기화기(500) 및 소스 가스 공급 라인(612)에 잔류하는 기상 전구체(PG)가 모두 이용되도록 하기 위하여 설정될 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판 처리 장치 100: 공정 챔버
200: 기판 지지부 300: 샤워헤드
400: 전력 공급부 500: 기화기
611: 전구체 이송 라인 612: 소스 가스 공급 라인
620: 반응 가스 공급 라인 700: 압력 측정부
800: 압력비 산출부 900: 제어부

Claims (7)

  1. 기판의 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버;
    플라즈마의 발생을 위한 RF 전력을 상기 공정 챔버로 공급하는 전력 공급부;
    전구체 이송 라인을 통하여 이송된 액상의 전구체를 기화시켜 기상의 전구체를 생성하고, 상기 기상의 전구체를 상기 공정 챔버로 공급하는 기화기; 및
    상기 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 압력을 참조하여 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체가 소비되어 플라즈마가 발생되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 압력에 대응하여 확장 시간을 설정하고, 사전에 설정된 전력 공급 시간을 상기 확장 시간만큼 확장시켜 RF 전력이 공급되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 기판 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 상기 확장 시간만큼 RF 전력의 공급이 유지되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 기판 처리 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 사전에 설정된 상기 RF 전력의 공급 개시 시점에서 상기 확장 시간만큼 미리 RF 전력의 공급이 개시되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 기판 처리 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전구체 이송 라인이 차단된 이후에 상기 공정 챔버에 존재하는 기상의 전구체 및 반응 가스의 부분 압력(partial pressure) 비율이 사전에 설정된 임계 비율 범위에 포함되는 압력 지속 시간을 참조하여 상기 확장 시간을 산출하는 기판 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 측정 압력과 상기 측정 압력에 대응하여 확인된 압력 지속 시간을 참조하여 상기 확장 시간을 산출하는 기판 처리 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 사전에 설정된 전력 공급 시간을 상기 기화기에 잔류하는 기상의 전구체의 압력에 대응하여 설정된 확장 시간 및 보조 시간만큼 확장시켜 RF 전력이 공급되도록 상기 전력 공급부를 제어하는 기판 처리 장치.
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