KR20240054055A - 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체 - Google Patents

기판 처리 장치의 가스 공급 구조체 Download PDF

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KR20240054055A
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박해윤
성진호
정영기
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Abstract

본 발명은 가스 공급원으로부터 기판의 처리 공정이 행해지는 제1공정 챔버와 제2공정 챔버에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 구조체에 관한 것으로, 가스 공급원과; 상방으로 뻗은 상방 통로와, 상기 상방 통로와 연통하는 제1분기통로와, 상기 상방 통로와 연통하는 제2분기통로를 구비한 분배 몸체와; 상기 상방 통로와 연통하도록 상기 분배 몸체와 상기 가스 공급원을 연결하여, 상기 가스 공급원으로부터 상기 분배 몸체로 공정 가스를 이송하는 공급 배관과; 상기 제1분기통로와 연통하도록 상기 분배 몸체와 상기 공정 챔버를 연결하여, 상기 분배 몸체로부터 상기 제1공정 챔버로 공정 가스를 이송하는 제1이송 배관과; 상기 제2분기통로와 연통하도록 상기 분배 몸체와 상기 공정 챔버를 연결하여, 상기 분배 몸체로부터 상기 제2공정 챔버로 공정 가스를 이송하는 제2이송 배관과; 상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로와 상기 상방 통로의 만나는 위치에 회전축에 의해 회전 가능한 조절 플레이트를 구비하여, 상기 상방 통로로 유입된 공정 가스를 상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로로 공급되는 공정 가스의 분배량을 조절하는 조절 유닛을; 포함하여 구성되어, 가스 배관의 치수 오차와 연결부에서의 조립 오차 등이 있더라도, 하나의 가스 공급원으로부터 2개 이상의 공정 챔버로 공정 가스의 단위 시간당 공급량을 균일하게 제어하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체를 제공한다.

Description

기판 처리 장치의 가스 공급 구조체 {GAS SUPPLY STRUCTURE IN SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 2개의 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 가스 배관의 유동 저항 편차로 인하여 공정 가스의 단위 시간당 공급량의 편차를 교정한 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치는 기판의 성막, 애싱, 건식 세정 등 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 장비는, 디스플레이 제조 공정 또는 반도체 제조 공정 중에 진공 상태에서 가스의 화학적 반응을 이용하여 절연막, 보호막, 산화막, 금속막 등을 기판에 증착시키기 위해 사용된다.
도1은 일반적인 트윈 챔버를 구비한 기판 처리 장치의 일례를 도시한 종단면도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(9)는, 공정 챔버유닛(9A)과 제2공정 챔버유닛(9B)으로 2개의 공정 챔버(11, 21)를 구비한다.
구체적으로, 기판 처리 장치(9)는, 외부로부터 밀폐된 내부공간(11c, 21c)이 구비되어 증착 공정 중에 진공 상태로 유지되는 2개의 공정 챔버(11, 21)와, 공정 챔버(11, 21)의 사이에서 간격을 유지시키도록 설치된 고정 바디(30)와, 공정 챔버(11, 21)의 내부에 승강 가능하게 설치되어 기판(W)이 안착되는 기판 지지대(12, 22)와, 공정 챔버(11, 21)의 내부에 증착의 재료가 되는 소스 가스를 포함하여 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드(13, 23)와, 가스 배관(31-33)를 통해 샤워 헤드(13, 23)에 공정 가스를 공급(51)하는 가스 공급원(CC)과, 공정 챔버(11, 21)에 공급된 가스를 내부공간(11c, 21c)의 바깥으로 배출시키는 펌핑 채널(14, 24)과, 펌핑 채널(14, 24)로부터 연장된 공통 배출 채널(40)을 포함하여 구성된다.
기판 지지대(12, 22)의 상하 이동이 가능하면서 공정 챔버(11, 12)의 내부공간이 진공 상태로 유지되기 위하여, 외기와 차단하는 벨로우즈가 마련된다. 이에 따라, 기판 지지대(12, 22)에 기판(W)이 거치된 상태에서 공정 챔버(11, 21)의 내부를 대기압보다 낮은 진공 상태로 조절된다.
이 상태에서, 가스 공급부(CC)로부터 공정 가스가 샤워 헤드(13, 23)에 공급되면, 샤워 헤드(13, 23)를 통해 공정 가스를 공정 챔버(11, 21)의 내부에 공급한다. 이 때, RF전원공급부로부터 연속 형태의 전원을 기판 상측의 상부 전극에 인가하여, 공정 챔버(11, 21)의 내부에 플라즈마를 발생시키면, 기판(W)의 표면에 정해진 두께의 막이 형성된다.
샤워 헤드(13, 23)를 통해 공정 챔버(11, 21)에 공급된 공정 가스는 플라즈마를 형성하고 나서, 흡입압이 인가되는 펌핑 채널(14, 24)로 강제 유입된다. 그리고, 펌핑 채널(14, 24)의 출구를 통해 공통 배출 채널(40)로 유입되면서 외부로 배출(53)된다.
한편, 대체로 2개의 공정 챔버 유닛에서 각각 독립적으로 행해지는 기판 처리 공정은 동일한 처리 공정이 행해질 수도 있고, 서로 다른 처리 공정이 행해질 수 있다. 예를 들어, 기판의 표면에 막을 증착하는 증착 공정을 예로 들면, 2개의 공정 챔버(11, 21)에 기판(W)이 공급되고, 어느 하나의 공정 챔버(11)에서 처리 공정이 행해질 기판(W)에 대해서는 증착막의 두께가 다른 하나의 공정 챔버(21)에서 처리 공정이 행해질 기판(W)에 비하여 동일한 두께의 증착막이 형성될 수도 있고 서로 다른 두께의 증착막이 형성될 수도 있다.
2개의 공정 챔버(11, 21)에서 동일한 처리 공정이 행해지는 경우에는, 하나의 가스 공급원(CC)으로부터 2개의 공정 챔버(11, 21)에 공급되는 공정 가스의 단위 시간당 공급량이 서로 동일하게 조절되는 것이 필요하다. 그러나, 하나의 가스 공급원(CC)으로부터 2개의 공정 챔버(11, 21)에 공정 가스를 공급하기 위하여, 동일한 치수와 직경을 갖는 가스 배관(31-33)이 설치되어 있더라도, 가스 배관의 조립 편차, 치수 오차 등에 의해 분기 배관(32, 33)에 동일한 양의 공정 가스를 공급하고자 하더라도, 어느 하나의 공정 챔버(11)와 다른 하나의 공정 챔버(21)에 공급되는 공정 가스의 단위 시간당 공급량이 일치하지 않아, 서로 다른 공정 챔버(11, 21)에서의 기판 처리 공정의 처리 결과가 서로 차이가 생기는 문제가 야기된다.
이와 유사하게, 2개의 공정 챔버(11, 21)에서 서로 다른 처리 공정이 행해지는 경우에는, 하나의 가스 공급원(CC)으로부터 2개의 공정 챔버(11, 21)에 공급되는 공정 가스의 단위 시간당 공급량의 비율을 정교하게 조절하는 것이 필요하다. 그러나, 하나의 가스 공급원(CC)으로부터 2개의 공정 챔버(11, 21)에 공정 가스를 공급하기 위하여, 분기 배관(32, 33)에 미리 정해진 비율로 공정 가스를 분배하여 공급하고자 하면, 이들의 비율을 조절할 수 있는 수단이 구비되지 않아 공정 가스를 미리 정해진 비율로 구분하여 공급할 수 없었다. 따라서, 서로 다른 가스 공급원(CC)으로부터 공정 가스를 공급 받아야 함에 따른 설비의 제조 비용이 상승하는 한계가 있었다.
전술한 구성과 작용은 본 출원의 출원일 이전에 공지된 구성이 아니며, 본 발명과 대비하기 위한 기술을 설명한 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 트윈 챔버의 기판 처리 시스템에서, 가스 배관의 유동 저항 편차에도 불구하고, 하나의 가스 공급원으로부터 2개 이상의 공정 챔버로 공정 가스의 단위 시간당 공급량을 정확하게 균일하게 제어하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이에 더하여, 본 발명은, 하나의 가스 공급원에서 2개의 공정 챔버에 서로 다른 비율로 공정 가스를 공급하는 것을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 플라즈마 생성을 위해 공급되는 RF전력에 미치는 전기적 영향을 배제하고 동시에 RF전력에 의해 영향을 받지 않도록, 전기를 이용하지 않으면서도, 하나의 가스 공급원으로부터 다수의 공정 챔버에 공정 가스의 단위 시간당 공급량을 제어하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 공정 챔버 및 가스 배관의 진공을 유지할 수 있도록 하고, 외부로부터 파티클이 공정 챔버로 유입되는 경로를 완전히 차단하면서, 하나의 가스 공급원으로부터 다수의 공정 챔버에 공정 가스의 단위 시간당 공급량을 제어하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 공정 챔버 및 가스 배관의 진공 상태를 유지하면서도 다수의 공정 챔버로 공급되는 공정 가스의 단위 시간당 공급량의 비율을 조절하는 조절 플레이트를 회전시키는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 하나의 공급 배관으로부터 다수의 분배 배관으로 분배되는 공정 가스의 비율을 사용자가 설정한 그대로 유지되게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 가스 공급원으로부터 기판의 처리 공정이 행해지는 제1공정 챔버와 제2공정 챔버에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 구조체로서, 가스 공급원과; 상방으로 뻗은 상방 통로와, 상기 상방 통로와 연통하는 제1분기통로와, 상기 상방 통로와 연통하는 제2분기통로를 구비한 분배 몸체와; 상기 상방 통로와 연통하도록 상기 분배 몸체와 상기 가스 공급원을 연결하여, 상기 가스 공급원으로부터 상기 분배 몸체로 공정 가스를 이송하는 공급 배관과; 상기 제1분기통로와 연통하도록 상기 분배 몸체와 상기 공정 챔버를 연결하여, 상기 분배 몸체로부터 상기 제1공정 챔버로 공정 가스를 이송하는 제1이송 배관과; 상기 제2분기통로와 연통하도록 상기 분배 몸체와 상기 공정 챔버를 연결하여, 상기 분배 몸체로부터 상기 제2공정 챔버로 공정 가스를 이송하는 제2이송 배관과; 상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로와 상기 상방 통로의 만나는 위치에 회전축에 의해 회전 가능한 조절 플레이트를 구비하여, 상기 상방 통로로 유입된 공정 가스를 상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로로 공급되는 공정 가스의 분배량을 조절하는 조절 유닛을; 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체를 제공한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '가스'나 '공정 가스'라는 용어는, 기판의 상면에 성막되는 막의 주재료를 형성하는 소스 가스와, 기판의 상면에 성막되는 막의 주재료를 형성하는 소스 가스와 반응하기 위해 공급되는 반응 가스와, 공정 챔버에 특정 가스를 공급하기 위하여 함께 공급되는 캐리어 가스와, 공정 챔버에서 모듈레이션 단계나 퍼지 단계가 행해지는 동안에 공급되는 모듈레이션 가스나 퍼지 가스를 모두 통칭하며, 공정 챔버로 공급되는 다양한 가스를 모두 통칭하기 위해 지칭하는 것으로 정의한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 가스 공급원으로부터 상하 방향으로 연장된 공급 배관과 연통하는 상방 통로와, 각 공정 챔버에 연결되는 이송 배관과 연통하는 분기통로를 구비한 분배 몸체의 분기 위치에서, 밀봉 상태의 회전축으로 조절 플레이트를 회전시켜 회전 위치를 고정하는 것에 의해, 가스 배관의 치수 오차와 연결부에서의 조립 오차 등이 있더라도, 하나의 가스 공급원으로부터 2개 이상의 공정 챔버로 공정 가스의 단위 시간당 공급량을 균일하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이와 동시에, 본 발명은, 하나의 가스 공급원으로부터 2개의 공정 챔버로 공정 가스를 미리 정해진 비율로 신뢰성있게 공급하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 조절 플레이트의 회전축 조작과 밀봉에 전기를 사용하지 않도록 구성하여, 플라즈마 생성을 위해 공급되는 RF전력에 악영향을 받아 오작동될 가능성을 완전히 배제할 수 있고, 동시에 플라즈마 생성을 위하여 정교한 크기로 공급되는 RF전력에 영향을 미치지 않아, 공정 챔버에서의 기판 처리 공정의 정밀도에 영향을 미치지 않으면서 공정 가스의 공급량을 미리 정해진 비율로 공급하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 조절 플레이트와 회전축이 자력을 이용하여 외기로부터 밀봉된 상태로 유지됨으로써, 조절 플레이트와 일체로 형성된 회전축을 수동으로 회전시키는 과정에서 외기가 유입되는 것을 방지하여, 공정 챔버 및 가스 배관의 진공 상태를 유지할 수 있고, 파티클이 가스 배관의 내부로 유입되지 않게 되므로, 공정 챔버에서의 기판 처리 공정의 신뢰성을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 수동으로 조절된 조절 플레이트의 회전각을 핀이나 볼트 등의 물리적 수단으로 구속시킴으로써, 외력이나 오작동 등에 의해 공정 가스의 공급 비율 설정값이 안정되게 유지되는 이점을 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 기판 처리 장치의 구성을 도시한 종단면도,
도2는 도1의 'A'부분의 확대도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체의 구성을 도시한 사시도,
도4는 도3의 분배 몸체를 중심으로 확대한 절개 사시도,
도5는 도3의 평면도,
도6은 도3의 절단선 X-X에 따른 단면도,
도7은 도6의 'B'부분의 확대도,
도8은 도3의 조절 유닛과 밀봉 부재의 결합 사시도,
도9는 도6의 'C'부분의 확대도,
도10은 도8의 밀봉 부재의 내부 구성을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체(100)를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급 구조체(100)가 구비된 기판 처리 장치는, 기판의 처리 공정이 2개의 공정 챔버에서 각각 행해지는 트윈 챔버를 구비하며, 도1에 도시된 바와 같이, 제1공정 챔버(11)에서 행해지는 공정 챔버 유닛(9A)과, 기판의 처리 공정이 제2공정 챔버(21)에서 행해지는 제2공정 챔버 유닛(9B)을 포함한다. 그리고, 공정 챔버 유닛(9A)과 제2공정 챔버 유닛(9B)의 사이에 배출 채널(40)이 설치되어, 제1공정 챔버(11)와 제2공정 챔버(21)로부터 기판의 처리 공정을 행한 공정 가스를 배출하도록 구성된다.
도3 내지 도10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체(100)는, 공정 가스를 공급하는 하나의 가스 공급원(CC)으로부터, 기판의 처리 공정이 행해지는 각 공정 챔버(11, 21)까지 가스 통로를 형성하는 가스 통로를 통해, 제1공정 챔버(11)와 제2공정 챔버(21)에 공정 가스를 공급한다.
구체적으로, 가스 공급 구조체(100)는, 가스 공급원(CC)으로부터 상하 방향으로 연장된 금속재의 공급 배관(110)과, 공급 배관(110)이 결합되는 분배 몸체(120)와, 분배 몸체(120)의 양측으로부터 각각 수평 방향으로 연장된 이송 배관(130)과, 각 공정 챔버(11, 21)의 샤워 헤드(13, 23)와 연통되는 유입구(13a, 23a)와 연결되는 이송 배관(130A, 130B; 130)과, 공급 배관(110)과 이송 배관(130)이 만나는 분배 몸체(120)의 내부 통로에 배치되어 공급 배관(110)을 통해 유입된 공정 가스를 조절 플레이트(141)의 회전각에 따라 각각의 이송 배관(130A, 130B)로 분배하는 조절 유닛(140)과, 조절 유닛(140)의 일부를 감싸는 형태로 조절 유닛(140)에 밀봉링을 사이에 두고 고정되는 밀봉 부재(150)와, 분배 몸체(120)에 배치된 조절 플레이트(141)를 외부에서 작동할 수 있도록 밀봉 부재(150)의 내부에서 외기를 차단하는 씰링 유닛(160)을 포함하여 구성된다.
상기 가스 공급원(CC)은, 기판 처리 공정이 행해지는 공정 챔버(11, 21)에서 사용되는 소스 가스, 반응 가스, 캐리어 가스, 모듈레이션 가스, 퍼지 가스, 클리닝 라디칼 등을 포함하는 공정 가스를 공정 챔버(11, 21)에 공급하기 위하여, 공정 가스를 저장하거나 공정 가스를 생성하는 것을 모두 포함한다. 예를 들어, 상기 가스 공급원(CC)은, RF전력이 인가되어 생성되는 플라즈마 챔버에서 여기된 가스인 클리닝 라디칼(cleaning radical)을 공정 가스로서 공급할 수 있다.
공급 배관(110)은 상하 방향의 공급 유로(110p)를 형성하고 내구성이 우수한 금속재로 형성되며, 가스 공급원(CC)과 분배 몸체(120)를 연직 방향으로 연결하여 가스 공급원(CC)으로부터 분배 몸체(120)까지 공정 가스를 공급한다. 예를 들어, 공급 배관(110)은 알루미늄 재질(예를들어, AI6061)로 형성될 수 있다. 공급 배관(110)과 분배 몸체(120)의 사이에는 클램프 형태의 조입 수단(114)이 구비되어, 공급 배관(110)과 분배 몸체(120)의 사이에 개재된 밀봉링(116)
상기 분배 몸체(120)는 상측에는 공급 배관(110)과 연결되는 상측 연결부가 형성되고, 양측에는 각각 제1이송 배관(130A)과 제2이송 배관(130B)과 연결되는 측면 연결부가 형성된다. 분배 몸체(120)는 공급 유로(110p)와 연통하는 수용 공간(120c)이 형성된다.
분배 몸체(120)의 수용 공간(120c)에는, 상측 연결부에 결합되는 공급 배관(110)의 공급 유로(110p)와 연통하고 상방으로 뻗어 형성되는 상방 통로(P1)와, 측면 연결부 중 하나에 결합되는 제1이송 배관(130A)의 제1이송 유로(130pA)와 연통하는 형태로 연장 형성되는 제1분기통로(P2)와, 측면 연결부 중 다른 하나에 결합되는 제2이송 배관(130B)의 제2이송 유로(130pB)와 연통하는 형태로 연장 형성되는 제2분기통로(P3)가 형성된다.
제1분기통로(P2)와 제2분기통로(P3)는 상방 통로(P1)와 서로 연통하며, 제1분기통로(P2)와 제2분기통로(P3)는 각각 제1공정 챔버(11)와 제2공정 챔버(12)의 샤워 헤드의 중앙부를 향하는 방향으로 연장 형성된다. 이 때, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 도7에 도시된 바와 같이, 제1분기통로(P2)와 제3분기통로(P3)는 서로 일직선 형태의 수평 방향으로 연장 형성되고, 이들 분기통로(P2, P3)와 상방 통로(P1)는 수직을 이루도록 구성된다. 다만, 본 발명은 도면에 도시된 연장 방향으로 한정되지 아니하며, 하나의 상방 통로(P1)를 통해 공급되는 공정 가스가 다수의 분기통로(P2, P3)로 분배되어 이송되는 구성을 모두 포함한다.
분배 몸체(120)는 내구성이 우수한 다양한 금속재로 형성될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄 재질(예를들어, AI6061)로 형성될 수 있다.
상기 이송 배관(130)는, 분배 몸체(120)의 일측 측면 연결부와 제1공정 챔버(11)를 연결하는 제1이송 배관(130A)과, 분배 몸체(120)의 타측 측면 연결부와 제2공정 챔버(21)를 연결하는 제2이송 배관(130B)으로 이루어진다.
각각의 이송 배관(130A, 130B)은 공정 챔버(11, 21)와 연결되는 연결 배관(135)과 연결되어, 분배 몸체(120)의 각 분기통로(P2, P3)를 통해 공정 가스를 공급받고, 연결 배관(135)을 통해 공정 챔버(11, 21)의 유입구(13a, 23a)와 연결되어 공정 가스를 샤워 헤드(13, 23)로 공급한다.
이송 배관(130)는 온도 변화에 따른 열팽창 계수가 낮은 세라믹 계열의 재질(예를 들어, AI203)로 형성된다. 이를 통해, 열팽창 계수가 상대적으로 높은 금속재로 형성된 공급 배관(110)과 분배 몸체(120)와, 이송 배관(130)의 온도 변화에 따른 팽창 변위가 상하 방향(z축 방향)으로 커지더라도, 이송 배관(130)의 온도 변화에 따른 수평 방향(x축 방향)의 팽창 변위를 작게 유지하여, 가스 공급 구조체의 배관(101, 110, 120, 130) 사이의 연결부에서 틀어짐 형태의 변형 발생을 최소화할 수 있다. 한편, 연결 배관(135)은 내구성이 우수한 다양한 금속재로 형성되며, 예를 들어, 알루미늄 재질(예를들어, AI6061)로 형성될 수 있다.
이송 배관(130A, 130B; 130)과 연결 배관(135)의 연결부에서, 도9에 도시된 바와 같이, 이송 배관(130)과 연결 배관(135)의 유동 단면이 동일하고 일정하게 형성되고, 동시에, 연결 배관(135)에는 이송 배관(130)을 향하여 폐단면 형태로 돌출된 연장부(135x)가 형성되고, 이송 배관(130)에는 연장부(135x)를 감싸는 포위부(130x)가 형성된다. 그리고, 연결 배관(135)의 연장부(135x)의 외주면과 이송 배관(130)의 포위부(130x)의 내주면의 사이에는 탄성 변형이 가능한 밀봉링(133)이 개재된다. 여기서, 밀봉링(133)은 다수의 열로 형성되며, 바람직하게는, 상기 밀봉링은 대략 사각 단면을 갖는 제1밀봉링(133a)과 원형 단면을 갖는 제2밀봉링(133b)이 교대로 배열된다.
이에 따라, 고정 볼트(139)가 이송 배관(130)의 볼트 구멍(132)에 체결되어 연결 배관(135)과 연결하면, 이송 배관(130)과 연결 배관(135)이 서로 밀착되면서, 연장부(135x)와 포위부(130x)의 사이에 개재된 다수의 열을 이루는 밀봉링(133)은 서로 밀착되면서, 이송 배관(130)과 이송 배관(130)의 사이에 틈새를 완전히 제거하게 된다. 다시 말하면, 제1밀봉링(133a)과 제2밀봉링(133b)이 서로 다른 단면으로 형성됨에 따라, 서로 다른 단면의 밀봉링이 압축 변형되는 형상 차이를 인접한 다른 밀봉링의 압축 변형된 형상이 채우게 되면서, 연장부(135x)와 포위부(130x)의 사이 틈새를 완전히 메우므로, 이송 배관(130)과 이송 배관(130)의 사이에 가스가 누설될 만한 틈새를 완전히 제거할 수 있다.
상기 밀봉링(133)의 설치 구성은, 도면에 예시된 바와 같이, 이송 배관(130)과 연결 배관(135)의 사이에 설치될 수도 있지만, 이송 배관(130)과 분배 몸체(120)의 사이에도 설치될 수 있다.
상기 조절 유닛(140)은, 도4 및 도8에 도시된 바와 같이, 분배 몸체(120)의 상방 통로(P1)와 분기통로(P2, P3)가 서로 만나는 위치에 회전(140r) 가능하게 설치된 조절 플레이트(141)와, 조절 플레이트(141)와 일체로 결합되어 조절 플레이트(141)의 회전각을 조절하는 회전축(145)으로 구성되어, 조절 플레이트(141)의 회전 위치에 의하여 분배 몸체(120)의 상방 통로(P1)로 유입된 공정 가스를 제1분기통로(P2)와 제2분기통로(P3)로 분배하는 비율을 조절한다. 이를 위하여, 조절 플레이트(141)의 폭(140d)은 상방 통로(P1)와 분기통로(P2, P3)의 직경에 대응하는 치수로 정해질 수 있다.
도7을 참조하여 구체적으로 설명하면, 하나의 가스 공급원(CC)으로부터 제1공정 챔버(11)와 제2공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 경로는, 공급 배관(110)의 공급 유로(110p)와, 분배 몸체(120)의 상방 유로(P1)와, 분배 몸체(120)의 각 분기 통로(P2, P3)와, 이송 배관(130)의 각 이송유로(130pA, 130pB)와, 연결 배관(135)의 내부 유로(135pA, 135pB)를 거치게 된다.
여기서, 분배 몸체(120)와, 이송 배관(130)과, 연결 배관(135)은 각각 제조 공정에서 불가피하게 발생되는 치수 공차를 안게 되고, 동시에 이들을 서로 연결하는 조립 공차를 안고 제조된다. 이에 따라, 제1이송유로(130pA)를 거쳐 제1공정 챔버(11)로 연결되는 제1가스유로와, 제2이송유로(130pB)를 거쳐 제2공정 챔버(21)로 연결되는 제2가스유로는 서로 다른 유동 저항을 발생시킨다.
따라서, 조절 플레이트(120)에 의한 미세한 회전각 조절이 없다면, 제1가스유로와 제2가스유로의 유동 저항의 편차만큼 각 공정 챔버(11, 21)로 유입되는 공정 가스의 단위 시간당 공급량이 서로 달라지게 된다. 이는, 각 공정 챔버(11, 21)에서 동일한 증착 공정을 행하는 경우에, 공정 가스의 공급량 편차로 인해 기판의 막두께가 서로 달라지는 것을 의미한다.
따라서, 제1가스유로의 유동 저항이 제2가스유로의 유동 저항에 비하여 3%정도 더 큰 것으로 가정하면, 조절 플레이트(141)가 수직으로 세워진 회전 위치에서는 제1공정 챔버(11)에 유입되는 단위 시간당 공정 가스는 제2공정 챔버(21)에 유입되는 단위시간당 공정 가스에 비하여 3%정도 더 적어진다. 따라서, 조절 플레이트(141)의 상단(141a)을 제2공정 챔버(21)로의 가스 유로인 제2분기유로(P3)를 향하여 약 2.7°만큼 회전(120r1)시키면, 제1공정 챔버(11)에 유입되는 단위 시간당 공정 가스는 제2공정 챔버(21)에 유입되는 단위시간당 공정 가스를 균일하게 조절할 수 있다.
여기서, 제1가스유로와 제2가스유로에 유량계를 설치하여 이들 가스 유로의 유동저항 편차를 직접적으로 측정하면, 설치된 유량계로 인하여 기판 처리 공정에 악영향을 미칠 수 있고, 유량계를 측정 이후에 해체하면 기판의 처리 공정 중에 각 가스 유로의 유동 저항이 측정 당시와 편차가 생기는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 제1공정 챔버(11)와 제2공정 챔버(21)의 압력을 균일하게 맞춘 상태에서, 정해진 시간동안 공정 가스를 가스 공급원(CC)으로부터 공급하여, 각 공정 챔버(11, 21)의 압력이 균일하게 상승시키는 조절 플레이트(141)의 회전각을 찾아 세팅하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 회전축(145)은 조절 플레이트의 판면 중심으로부터 연장되되, 회전축(145)의 축방향이 상방 통로(P1)에 수직하게 배열되는 방향으로 연장된다. 제1분기통로(P2)와 제2분기통로(P3)가 일직선 형태로 배치되는 경우에는, 회전축(145)은 상방 통로(P1)와 제1분기통로(P2)와, 제2분기통로(P3)에 대하여 모두 수직인 축방향을 갖도록 배치될 수 있다.
상기 밀봉 부재(150)는, 도8 및 도10에 도시된 바와 같이, 중공 형태로 형성되어 내부 수용 공간에 회전축(141)을 감싸는 형태로 형성되어, 분배 몸체(120)에 밀봉 결합된다. 그리고, 회전축(145)이 밀봉 부재(150)의 내부에서 원활히 회전 지지되도록, 밀봉 부재(150)의 내부 공간의 양단부에 회전축(145)을 회전 지지하는 베어링(145b)이 설치된다.
이를 위하여, 분배 몸체(120)에 결합되는 밀봉 부재(150)의 일단에는 플랜지(152)와 결합 플레이트(152x)가 형성되고, 체결 볼트(미도시)로 결합 플레이트(152x)의 관통공(152)을 관통하여 분배 몸체(120)의 체결홈에 결합된다. 이 때, 분배 몸체(120)가 결합하는 밀봉 부재(150)의 일면에는 링 형태의 요입홈(도4의 118)이 구비되어, 탄성 변형이 허용되는 링 형태의 밀봉 링이 밀봉 부재(150)와 분배 몸체(120)의 사이에 개재된다. 이에 따라, 밀봉 부재(150)와 분배 몸체(120)의 사이 틈새를 통해 분배 몸체(120)의 수용 공간(120c)으로 외기가 침투하지 못하게 된다.
도4에 도시된 바와 같이, 회전축(145)의 끝단(142e)은 밀봉 부재(150)의 타단의 바깥에 드러난 상태로 설치된다. 이에 따라, 조절 플레이트(141)와 일체로 형성된 회전축(145)을 수동으로 회전시킬 수 있게 된다. 여기서, 회전축(145)을 '수동'으로 회전시키는 것은 작업자의 인력에 의해 회전축(145)을 회전시키는 것에 국한되지 않으며, 필요에 따라 연결 설치되어 회전축(145)의 회전 조절 이후에 해체되는 모터 등의 구동 수단을 이용하는 구성을 모두 포함한다. 따라서, 회전축(145)을 '수동'으로 회전시키면, 기판의 처리 공정 중에는 회전축을 회전시킨 구동 수단이 더 이상 회전축에 장착되지 않은 상태로 있게 되므로, 기판 처리 공정 중에 플라즈마 발생을 위하여 공정 챔버의 전극에 RF전력을 인가하는 것에 의해 회전축(145)의 회전각이 영향을 받지 않고, 동시에, 구동 모터가 장착된 상태로 있었더라면 구동 모터에 인가되는 전류로 인하여 공정 챔버의 전극에 인가되는 RF전력에 영향을 미쳐 매칭 작용이 정확히 이루어지지 않는 문제를 피할 수 있다.
이를 위하여, 회전축(145)의 끝단(145e)에는 수동으로 회전축(145)을 회전시키기 위한 형상(145x)이 구비될 수 있다. 작업자의 인력에 의하는 경우에는 도8에 예시된 바와 같이 공구가 삽입되는 홈이 '일자(一字)' 또는 '십자(十字)'로 형성될 수 있고, 그 밖에 구동 모터를 착탈시키기 위한 형태가 마련될 수도 있다.
회전축(145)의 회전각은 각 공정 챔버(11, 21)에서 행해지는 기판 처리 공정에 따라 다르게 정해질 수 있다. 예를 들어, 각 공정 챔버(11, 12)에서 행해지는 기판 처리 공정이 동일하면, 가스 공급원(CC)으로부터 각 공정 챔버(11, 12)로 공급되는 공정 가스의 단위 시간당 공급량이 동일하게 정해진다. 따라서, 조절 플레이트(141)의 회전각은 분배 몸체(120)의 각 분기통로(P2, P3)로부터 각 공정 챔버(11, 21)까지의 유동 저항의 편차를 교정하도록 조절되어, 제1공정 챔버(11)와 제2공정 챔버(21)에 동일한 양의 공정 가스가 공급되도록 정해진다.
또 다른 예로서, 각 공정 챔버(11, 12)에서 행해지는 기판 처리 공정이 서로 다르지만 공급 가스가 동일하면, 각 공정 챔버(11, 12)에서 행해지는 기판 처리 공정에서 필요로 하는 공정 가스의 공급량을 고려하여 가스 공급원(CC)으로부터 각 공정 챔버(11, 12)로 공급되는 공정 가스의 단위 시간당 공급량이 서로 다르게 정해진다. 따라서, 조절 플레이트(141)의 회전각은 분배 몸체(120)의 각 분기통로(P2, P3)로부터 각 공정 챔버(11, 21)까지의 유동 저항의 편차를 교정하되, 제1공정 챔버(11)와 제2공정 챔버(21)에 미리 정해진 서로 다른 단위 시간당 공급량의 공정 가스가 공급되도록 정해진다.
상기와 같이 조절 플레이트(141)의 회전각 위치가 수동으로 조절되면, 조절 플레이트(141)의 조절된 회전 위치는 기계적 수단에 의해 위치 고정된다. 이를 위하여, 회전축(145)의 끝단(145e)은 평탄면을 갖는 비원형 단면으로 형성되고, 밀봉 부재(150)의 타단부에 회전축의 반경방향으로 관통 형성된 고정공(148)에 고정 핀(88)이나 고정 볼트 등을 끼워 회전축(145)의 회전을 구속시킬 수 있다. 이와 같이, 기계적 수단에 의해 조절 플레이트(141)의 회전각이 고정됨에 따라, 전기 신호에 의해 회전축(145)이 회전하는 등의 오류 발생 가능성을 완전히 차단시킬 수 있다.
상기 씰링 유닛(160)은, 밀봉 부재(150)의 내부에 설치되어, 회전축(145)의 끝단(145e)이 위치한 타단부 영역(Ae)과 분배 몸체(120)에 결합되는 일단부 영역(Ai)의 사이에서 외기를 차단시킨다.
이를 위하여, 씰링 유닛(160)은, 회전축(145)의 둘레를 감싸는 탄성 밀봉막(162)과, 탄성 밀봉막(162)의 외주면과 밀봉 부재(150)의 내주면에 밀착된 상태로 축선 방향을 따라 슬라이딩 이동이 가능하도록 다수 이격 배치된 링 형태의 자석(161)을 포함하여 구성된다.
탄성 밀봉막(162)은 압축 및 신장이 허용되고 충분한 두께로 형성되어, 탄성 밀봉막(162)의 외주면에 밀착된 링 형태의 자석(161)을 반경 바깥으로 밀어내어, 자석(161)의 외주면이 밀봉 부재(150)의 내주면에 밀착되도록 보조한다. 도10에 예시된 바와 같이, 자석(161)의 외주면이 밀봉 부재(150)의 내주면에 밀착하는 대신에, 밀봉 부재(150)의 내주면과 자석(161)의 사이에 충분한 강성을 가지면서 약간의 탄성 변형이 허용되는 링 형태의 기밀 부재(161a)가 개재되어, 밀봉 부재(150)의 내주면과 자석(161)의 사이에서의 기밀성을 확보할 수도 있다. 또한, 링 형태의 자석(161)의 내주면이 탄성 밀봉막(162)에 밀착되면서 탄성 밀봉막(162)을 회전축(145)을 향하여 가압하므로, 탄성 밀봉막(162)과 자석(161)의 사이 틈새는 완전히 제거된다.
그리고, 회전축(145)의 축선 방향을 따라 이격 배치된 자석(161)은 서로 인력이 작용하도록 자석의 배치 방향이 정해진다. 이에 따라, 자석(161)의 사이에 작용하는 인력에 의하여 자석(161)이 서로 가까워지려고 약간의 이동을 하면서, 회전축(145)을 감싸는 탄성 밀봉막(162)이 자석의 사이에 보다 두꺼운 상태가 되도록 국부적으로 변형되고, 이를 통해, 회전축(145)의 둘레에서 가스의 유출입을 차단하게 된다.
그리고, 도10에 도시된 바와 같이, 링 형태의 자석(161)이 다수의 열을 이루어 외기를 차단하도록 구성됨에 따라, 어느 하나의 열에서 가스의 유출입이 미량 허용되더라도, 다른 열에서의 자석(161)에서 외기를 차단하여, 밀봉 부재(150)의 타단부 영역(Ae)과 일단부 영역(Ai)의 사이에서의 가스 유출입을 확실하게 차단할 수 있다. 이처럼, 전기 신호를 이용하지 않고 자력에 의해 밀봉 상태를 구현함에 따라, 기판의 처리 공정 중에 RF전력과의 상호 간섭 문제를 전혀 발생시키지 않는 이점을 얻을 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체(100)는, 가스 공급원(CC)으로부터 상하 방향으로 연장된 공급 배관(110)과 연통하는 상방 통로(P1)와, 각 공정 챔버(11, 21)에 연결되는 이송 배관(130)과 연통하는 분기통로(P2, P3)를 구비한 분배 몸체(120)의 분기 위치(SP)에서, 밀봉 상태의 회전축(145)으로 조절 플레이트(141)를 회전시켜 회전 위치를 설정하고 기계적 수단으로 고정하는 것에 의해, 가스 배관의 치수 오차와 연결부에서의 조립 오차 등이 있더라도, 하나의 가스 공급원(CC)으로부터 2개 이상의 공정 챔버(11, 21)로 공정 가스를 균일하게 공급하거나 미리 정해진 비율로 공급하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 실시예의 구성의 조합을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 가스 공급 구조체 110: 공급 배관
120: 분배 몸체 130A: 제1이송 배관
130B: 제2이송 배관 130: 이송 배관
140: 조절 유닛 141: 조절 플레이트
145: 회전축 150: 밀봉 부재
160: 씰링 유닛 P1: 상방 통로
P2: 제1분기통로 P3: 제3분기통로
SP: 분기 위치

Claims (14)

  1. 가스 공급원으로부터 기판의 처리 공정이 행해지는 제1공정 챔버와 제2공정 챔버에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 구조체로서,
    가스 공급원과;
    상방으로 뻗은 상방 통로와, 상기 상방 통로와 연통하는 제1분기통로와, 상기 상방 통로와 연통하는 제2분기통로를 구비한 분배 몸체와;
    상기 상방 통로와 연통하는 형태로 상기 분배 몸체와 상기 가스 공급원을 연결하여, 상기 가스 공급원으로부터 상기 분배 몸체로 공정 가스를 이송하는 공급 배관과;
    상기 제1분기통로와 연통하는 형태로 상기 분배 몸체와 상기 공정 챔버를 연결하여, 상기 분배 몸체로부터 상기 제1공정 챔버로 공정 가스를 이송하는 제1이송 배관과;
    상기 제2분기통로와 연통하도록 상기 분배 몸체와 상기 공정 챔버를 연결하여, 상기 분배 몸체로부터 상기 제2공정 챔버로 공정 가스를 이송하는 제2이송 배관과;
    상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로와 상기 상방 통로의 만나는 위치에 회전축에 의해 회전 가능한 조절 플레이트를 구비하여, 상기 상방 통로로 유입된 공정 가스를 상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로로 분배하는 비율을 조절하는 조절 유닛을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 조절 플레이트의 판면 중앙부로부터 연장되되, 상기 회전축의 축방향이 상기 상방 통로에 수직하게 배열되게 연장된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로가 일직선 형태로 배열되고, 상기 회전축은 상기 제1분기통로에 수직하게 배열되게 연장된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1분기통로와 상기 제2분기통로는 상기 상방 통로와 수직을 이루는 수평 방향으로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 회전축의 끝단이 외부에 드러나도록 상기 회전축의 일부를 감싸고 상기 분배 몸체에 밀봉 결합되는 밀봉 부재를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 밀봉 부재와 상기 분배 몸체의 사이에는 밀봉 링이 개재되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 밀봉 부재에는,
    상기 회전축의 둘레를 감싸는 탄성 밀봉막과;
    상기 탄성 밀봉막의 외주면과 밀착된 상태를 유지하면서 상기 회전축의 축선 방향을 따라 다수 배치된 자석을;
    포함하고, 상기 자석의 사이에 작용하는 인력에 의해 상기 탄성 밀봉막이 상기 자석의 사이에 보다 두꺼운 상태로 변형되어 상기 회전축의 둘레에서 가스를 밀봉시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 자석과 상기 밀봉 부재의 내주면의 사이에는 기밀 부재가 개재되어, 상기 자석과 상기 밀봉 부재의 내주면 사이의 기밀성이 확보되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 밀봉 부재의 바깥으로 드러난 상기 회전축을 인력이나 해체 가능한 구동수단으로 회전시켜 상기 제1분배통로와 상기 제2분배통로로의 가스 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 조절 플레이트의 조절된 회전 위치는 기계적 수단에 의해 위치 고정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기계적 수단은 고정 볼트, 고정핀 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  12. 제 1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절 플레이트의 회전각은 상기 분배 몸체로부터 상기 제1공정 챔버 및 상기 제2공정 챔버까지의 유동 저항의 편차를 교정하도록 조절되어, 상기 제1공정 챔버와 상기 제2공정 챔버에 동일한 양의 공정 가스가 공급되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
  13. 제 1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 플라즈마가 발생된 챔버에서 여기된 클리닝 라디칼을 상기 공정 가스로서 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제 1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 기판의 증착 공정에서 기판에 성막되는 막의 주재료를 형성하는 소스 가스와, 기판의 상면에 성막되는 막의 주재료를 형성하는 소스 가스와 반응하기 위해 공급되는 반응 가스와, 공정 챔버에 특정 가스를 공급하기 위하여 함께 공급되는 캐리어 가스와, 공정 챔버에서 모듈레이션 단계나 퍼지 단계가 행해지는 동안에 공급되는 모듈레이션 가스나 퍼지 가스 중 어느 하나 이상을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 가스 공급 구조체.
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