KR20240077733A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20240077733A
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조일형
김유성
서동원
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한화정밀기계 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 시분할 방식으로 공급된 공정 가스를 이용하여 기판에 대한 공정을 수행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판의 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버에 구비되고, 상기 기판으로 공정 가스를 분사하는 샤워헤드, 및 상기 샤워헤드로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하되, 상기 가스 공급부는, 복수의 가스 입력 라인과 복수의 가스 출력 라인의 사이에 각각 배치되어 공정 가스의 이송을 제어하는 복수의 가스 제어 밸브와, 상기 복수의 가스 출력 라인에 연결되고, 상기 복수의 가스 출력 라인에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하는 공통 라인, 및 상기 공통 라인 및 샤워헤드에 연결되고, 상기 공통 라인과 샤워헤드 간의 가스 이송 경로를 제공하는 가스 공급 라인을 포함하고, 상기 가스 공급 라인은 상기 공통 라인에서 상기 샤워헤드까지 최단 거리를 갖도록 형성된다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for processing substrate}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시분할 방식으로 공급된 공정 가스를 이용하여 기판에 대한 공정을 수행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판에 박막을 증착시키기 위하여 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 또는 원자층 박막 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition) 등의 박막 증착 방법이 이용될 수 있다. 화학 기상 증착법 또는 원자층 박막 증착법에 의한 경우 공정 가스가 기판의 표면에서 화학 반응을 일으켜 박막이 형성될 수 있다. 특히, 원자층 박막 증착법에 의한 경우 기판의 표면에 부착된 공정 가스의 한 층이 박막을 형성하기 때문에 원자의 직경과 유사한 두께의 박막의 형성이 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.
기판에 대한 공정을 위하여 서로 다른 복수의 공정 가스가 공정 챔버로 공급될 수 있다. 복수의 공정 가스 중 일부의 복수의 공정 가스는 동시에 공급되고, 다른 일부의 공정 가스는 서로 다른 시점에 공급될 수 있다.
공정 챔버로 공정 가스를 공급하기 위하여 가스 공급 라인이 구비될 수 있는데, 가스 공급 라인에 잔류하는 가스는 이용되지 않고 폐기될 수 있다.
따라서, 가스 공급 라인에 잔류하는 가스를 최소화하면서 기판에 대한 공정이 수행될 수 있도록 하는 발명의 등장이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-2388800호 (2022.04.15)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 시분할 방식으로 공급된 공정 가스를 이용하여 기판에 대한 공정을 수행하는 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, 상기 공정 챔버에 구비되고, 상기 기판으로 공정 가스를 분사하는 샤워헤드, 및 상기 샤워헤드로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하되, 상기 가스 공급부는, 복수의 가스 입력 라인과 복수의 가스 출력 라인의 사이에 각각 배치되어 공정 가스의 이송을 제어하는 복수의 가스 제어 밸브와, 상기 복수의 가스 출력 라인에 연결되고, 상기 복수의 가스 출력 라인에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하는 공통 라인, 및 상기 공통 라인 및 샤워헤드에 연결되고, 상기 공통 라인과 샤워헤드 간의 가스 이송 경로를 제공하는 가스 공급 라인을 포함하고, 상기 가스 공급 라인은 상기 공통 라인에서 상기 샤워헤드까지 최단 거리를 갖도록 형성된다.
상기 샤워헤드는 공급된 공정 가스를 확산시키는 가스 확산부를 포함하고, 상기 가스 공급 라인은 상기 공통 라인과 상기 가스 확산부 간의 가스 이송 경로를 제공한다.
상기 가스 제어 밸브는, 소스 가스의 이송을 제어하는 소스 밸브와, 상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스의 이송을 제어하는 소스 퍼지 밸브와, 반응 가스의 이송을 제어하는 반응 밸브, 및 상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스의 이송을 제어하는 반응 퍼지 밸브를 포함한다.
상기 복수의 가스 입력 라인은, 소스 가스를 입력 받는 소스 입력 라인과, 상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스를 입력 받는 소스 퍼지 입력 라인과, 반응 가스를 입력 받는 반응 입력 라인, 및 상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스를 입력 받는 반응 퍼지 입력 라인을 포함하고, 상기 복수의 가스 출력 라인은, 소스 가스를 출력하는 소스 출력 라인과, 상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스를 출력하는 소스 퍼지 출력 라인과, 반응 가스를 출력하는 반응 출력 라인, 및 상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스를 출력하는 반응 퍼지 출력 라인을 포함한다.
상기 소스 퍼지 출력 라인의 직경은 상기 소스 출력 라인의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성되고, 상기 반응 퍼지 출력 라인의 직경은 상기 반응 출력 라인의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성되며, 상기 공통 라인의 직경 및 상기 가스 공급 라인의 직경은 상기 소스 퍼지 출력 라인의 직경 및 상기 반응 퍼지 출력 라인의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성된다.
상기 공통 라인은, 상기 소스 출력 라인 및 소스 퍼지 출력 라인에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하는 소스 공통 라인, 및 상기 반응 출력 라인 및 반응 퍼지 출력 라인에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하는 반응 공통 라인을 포함한다.
상기 가스 공급부는 상기 소스 공통 라인에 연결되고, 상기 소스 출력 라인에서 출력되는 소스 가스의 가압을 위한 소스 가압 가스의 이송 경로를 제공하는 소스 가압 라인, 및 상기 반응 공통 라인에 연결되고, 상기 반응 출력 라인에서 출력되는 반응 가스의 가압을 위한 반응 가압 가스의 이송 경로를 제공하는 반응 가압 라인을 더 포함한다.
상기 가스 공급 라인은, 상기 소스 공통 라인과 샤워헤드 간의 가스 이송 경로를 형성하는 소스 가스 공급 라인, 및 상기 반응 공통 라인과 샤워헤드 간의 가스 이송 경로를 형성하는 반응 가스 공급 라인을 포함하고, 상기 소스 가스 공급 라인과 상기 반응 가스 공급 라인은 개별적인 가스 이송 경로를 형성한다.
상기 소스 가압 라인 및 상기 소스 가스 공급 라인의 사이에서 상기 소스 출력 라인 및 상기 소스 퍼지 출력 라인이 상기 소스 공통 라인에 연결되고, 상기 소스 퍼지 출력 라인 및 상기 소스 가스 공급 라인의 사이에서 상기 소스 출력 라인이 상기 소스 공통 라인에 연결되고, 상기 반응 가압 라인 및 상기 반응 가스 공급 라인의 사이에서 상기 반응 출력 라인 및 상기 반응 퍼지 출력 라인이 상기 반응 공통 라인에 연결되며, 상기 반응 퍼지 출력 라인 및 상기 반응 가스 공급 라인의 사이에서 상기 반응 출력 라인이 상기 반응 공통 라인에 연결된다.
상기 공정 챔버의 상부 개구를 밀폐시키고, 상기 샤워헤드를 지지하는 커버, 및 공정 가스를 가압하여 상기 가스 공급부로 제공하는 가스 가압부를 더 포함하고, 상기 가스 공급부 및 가스 가압부는 상기 커버에 안착된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 따르면 가스 공급 라인의 길이를 최소화함으로써 가스 공급 라인에 잔류하는 공정 가스의 낭비를 방지하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 가스 공급부 및 가스 가압부의 사시도이다.
도 3은 공정 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 가스 공급부의 정면도이다.
도 5는 가스 공급부의 평면도이다.
도 6은 가스 제어 밸브의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 가스 공급부가 소스 가스를 공급하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 가스 공급부가 소스 퍼지 가스를 공급하는 것을 나타낸 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 도면이고, 도 2는 가스 공급부 및 가스 가압부의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 커버(200), 기판 지지부(300), 샤워헤드(400), 전력 공급부(500), 가스 공급부(600), 가스 가압부(700) 및 제어부(800)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 박막을 증착할 수 있다. 구체적으로, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 플라즈마 원자층 박막 증착법(PEALD; Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)을 이용하여 기판(W)에 박막을 증착할 수 있다.
공정 챔버(100)는 기판(W)의 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)에는 기판 지지부(300)가 구비될 수 있다. 기판 지지부(300)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지부(300)는 기판(W)이 안착 가능한 안착면을 구비할 수 있다. 기판 지지부(300)의 안착면에 안착된 기판(W)에 대하여 공정이 수행될 수 있다.
커버(200)는 플레이트의 형태로 제공되어 공정 챔버(100)의 상부 개구를 밀폐시킬 수 있다. 또한, 커버(200)는 샤워헤드(400)를 지지할 수 있다. 샤워헤드(400)는 커버(200)의 하측면에 고정될 수 있다.
기판 지지부(300)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지부(300)는 기판(W)이 안착 가능한 안착면을 구비할 수 있다. 기판 지지부(300)의 안착면에 안착된 기판(W)에 대하여 공정이 수행될 수 있다.
기판 지지부(300)는 기판(W)을 가열할 수 있다. 이를 위하여. 기판 지지부(300)의 내부에는 히터(미도시)가 구비될 수 있다. 히터에서 발산된 열은 기판 지지부(300)의 몸체를 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다.
기판 지지부(300)는 접지된 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 샤워헤드(400)에 RF 전력이 공급되는 경우 샤워헤드(400)와 기판 지지부(300)의 사이에 전계가 형성될 수 있다.
샤워헤드(400)는 기판(W)에 대한 공정을 위한 공정 가스를 분사하는 역할을 수행한다. 본 발명에서 공정 가스는 소스 가스, 소스 퍼지 가스, 반응 가스 및 반응 퍼지 가스를 포함할 수 있다. 소스 가스, 소스 퍼지 가스, 반응 가스 및 반응 퍼지 가스는 샤워헤드(400)에서 순차적으로 분사되거나 동시에 분사될 수 있다. 소스 가스 및 반응 가스는 샤워헤드(400)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(500)는 플라즈마의 발생을 위한 RF 전력을 공정 챔버(100)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 전력 공급부(500)는 공정 챔버(100)에 구비된 샤워헤드(400)로 RF 전력을 공급할 수 있다. 샤워헤드(400)의 천장면에는 RF 전력을 공급받는 전극 플레이트(미도시)가 구비될 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판 지지부(300)는 접지된 전극을 포함할 수 있다. 전극 플레이트로 RF 전력이 공급되는 경우 전극 플레이트와 기판 지지부(300)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.
가스 공급부(600)는 샤워헤드(400)로 공정 가스를 공급하는 역할을 수행한다. 샤워헤드(400)는 가스 공급부(600)로부터 공급된 공정 가스를 분사할 수 있다. 샤워헤드(400)는 공급된 공정 가스를 확산시키는 가스 확산부(410)를 포함할 수 있다. 가스 공급부(600)로부터 공급된 공정 가스는 가스 확산부(410)에서 확산된 이후에 샤워헤드(400)를 통해 분사될 수 있다.
가스 가압부(700)는 공정 가스를 가압하여 가스 공급부(600)로 제공할 수 있다. 가스 가압부(700)에는 복수의 가스 이송 라인(900)이 연결될 수 있다. 복수의 가스 이송 라인(900)을 통해 서로 다른 공정 가스가 이송될 수 있다. 가스 가압부(700)는 복수의 가스 이송 라인(900)을 통하여 이송된 공정 가스를 개별적으로 가압하여 가스 공급부(600)로 제공할 수 있다. 사전에 설정된 일정 크기의 압력으로 가스 공급부(600)로 공정 가스가 주입될 수 있다. 이에, 가스 공급부(600)는 균일한 압력으로 공정 가스를 샤워헤드(400)에 공급할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가스 공급부(600) 및 가스 가압부(700)는 상호간에 인접하여 나란히 배치되고, 커버(200)에 안착될 수 있다. 가스 공급부(600) 및 가스 가압부(700)가 커버(200)의 상측면 중 서로 다른 지점에 나란히 배치될 수 있는 것이다.
가스 공급부(600)는 가스 공급 블록(610) 및 가스 제어 밸브(620)를 포함할 수 있다. 가스 공급 블록(610)은 가스 제어 밸브(620)를 지지하고, 내부에 공정 가스를 이송하는 복수의 라인을 포함할 수 있다.
가스 가압부(700)는 가스 가압 블록(710) 및 가스 가압 탱크(720)를 포함할 수 있다. 가스 가압 블록(710)은 가스 가압 탱크(720)를 지지하고, 내부에 공정 가스를 이송하는 복수의 라인을 포함할 수 있다. 또한, 가스 가압 블록(710)에는 가스 이송 라인(900)이 연결될 수 있다. 가스 가압 탱크(720)는 가스 이송 라인(900)을 통해 이송된 공정 가스를 가압할 수 있다. 가스 가압 탱크(720)에 의해 가압된 공정 가스는 가스 공급부(600)로 제공될 수 있다.
가스 공급 블록(610) 및 가스 가압 블록(710)은 인접하여 배치되고, 각각의 일측면이 커버(200)에 밀착되도록 커버(200)에 안착될 수 있다. 가스 제어 밸브(620) 및 가스 가압 탱크(720)는 커버(200)의 반대 방향으로 향하여 가스 공급 블록(610) 및 가스 가압 블록(710)에서 돌출 형성될 수 있다. 가스 공급 블록(610) 및 가스 가압 블록(710)이 커버(200)에 밀착하여 배치되고, 커버(200)의 반대 방향으로 가스 제어 밸브(620) 및 가스 가압 탱크(720)가 돌출 형성됨에 따라 가스 공급부(600) 및 가스 가압부(700)의 안정적인 배치가 가능하고 가스 공급부(600) 및 가스 가압부(700)가 차지하는 공간이 최소화될 수 있다.
제어부(800)는 기판 처리 장치(10)에 대한 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(800)는 샤워헤드(400)를 통하여 공정 가스가 분사되는 것을 제어하거나 샤워헤드(400)의 전극 플레이트에 RF 전력이 공급되는 것을 제어할 수도 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 가스 공급부(600)는 복수의 밸브를 포함하는데, 제어부(800)는 복수의 밸브를 제어하여 선택된 공정 가스가 샤워헤드(400)로 공급되도록 할 수 있다.
도 3은 공정 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 기판(W)에 박막을 증착하기 위하여 복수의 공정이 순차적으로 수행될 수 있다.
기판(W)에 박막을 증착하기 위하여 공정 챔버(100)로 소스 가스가 주입될 수 있다. 소스 가스는 샤워헤드(400)를 통해 기판(W)의 표면으로 분사될 수 있다. 기판(W)으로 분사된 소스 가스 중 일부는 기판(W)의 표면에 흡착되고, 다른 일부는 흡착되지 않을 수 있다. 흡착되지 않은 소스 가스는 흡착된 소스 가스에 적층되거나 공정 챔버(100)의 내부에서 부유할 수 있다.
기판(W)으로 소스 가스가 분사된 이후에 공정 챔버(100)에서 소스 가스가 퍼지될 수 있다. 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스는 샤워헤드(400)를 통해 공정 챔버(100)로 분사될 수 있다. 공정 챔버(100)에서 소스 가스가 퍼지되는 단계는 기판(W)의 표면에 흡착되지 않은 소스 가스가 공정 챔버(100)에서 배출되는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 공정 챔버(100)에서 소스 가스가 퍼지되면, 기판(W)에 흡착된 소스 가스만이 잔류하고, 흡착된 소스 가스에 적층되거나 공정 챔버(100)에서 부유한 소스 가스는 공정 챔버(100)의 외부로 배출될 수 있다. 이에, 기판(W)의 표면에는 하나의 소스 가스층 형성될 수 있다.
소스 가스가 퍼지된 이후에 공정 챔버(100)로 반응 가스가 주입될 수 있다. 반응 가스는 샤워헤드(400)를 통해 기판(W)의 표면으로 분사될 수 있다. 반응 가스는 기판(W)에 흡착된 소스 가스와 반응하여 박막을 형성할 수 있다. 반응 가스와 소스 가스와의 반응도를 향상시키기 위하여 공정 챔버(100)에 반응 가스가 주입되면서, 공정 챔버(100)에 RF 전력이 인가되어 반응 가스가 플라즈마로 변환될 수 있다. RF 전력에 의해 소스 가스가 플라즈마로 변환될 수도 있다.
플라즈마 상태의 소스 가스 및 반응 가스가 반응하여 높은 반응 효율로 박막이 형성될 수 있다.
RF 전력이 인가된 이후에 공정 챔버(100)에서 반응 가스가 퍼지될 수 있다. 즉, 반응 가스를 플라즈마로 변환시키기 위하여 RF 전력이 일정 시간동안 인가되고, 해당 시간이 경과되어 RF 전력의 공급이 중단되며, 이어서 반응 가스가 퍼지될 수 있는 것이다. 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스는 샤워헤드(400)를 통해 공정 챔버(100)로 분사될 수 있다.
공정 챔버(100)에서 반응 가스가 퍼지되는 단계는 기판(W)의 표면에 박막을 형성하는데 이용되지 않은 반응 가스 및 플라즈마가 공정 챔버(100)에서 배출되는 단계를 포함한다.
위와 같은 복수의 공정이 순차적으로 수행되어 하나의 공정 사이클을 형성하고, 복수의 공정 사이클을 통하여 복수 층의 박막이 기판(W)에 증착될 수 있다.
복수의 공정이 순차적으로 수행되도록 하기 위하여 제어부(800)는 가스 공급부(600)를 제어할 수 있다. 가스 공급부(600)는 제어부(800)의 제어에 의해 소스 가스, 소스 퍼지 가스, 반응 가스 및 반응 퍼지 가스를 순차적으로 샤워헤드(400)에 공급할 수 있다.
도 4는 가스 공급부의 정면도이고, 도 5는 가스 공급부의 평면도이며, 도 6은 가스 제어 밸브의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 가스 공급부(600)는 가스 공급 블록(610), 가스 제어 밸브(620) 및 공통 라인(641, 642) 및 가스 공급 라인(651, 652)을 포함할 수 있다.
가스 공급 블록(610)은 가스 제어 밸브(620)를 지지하고, 공통 라인(641, 642), 가스 공급 라인(651, 652), 가스 입력 라인(661, 662, 663, 664) 및 가스 출력 라인(631, 632, 633, 634)을 수용할 수 있다. 가스 공급 블록(610)은 일측 방향으로 길게 형성될 수 있다. 가스 제어 밸브(620)는 가스 공급 블록(610)의 길이 방향과는 상이한 방향으로 가스 공급 블록(610)에서 돌출되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 가스 제어 밸브(620)의 길이 방향과 가스 제어 밸브(620)의 돌출 방향은 수직일 수 있다. 이하, 가스 제어 밸브(620)의 길이 방향을 제1 방향(X)이라 하고, 가스 제어 밸브(620)의 돌출 방향을 제2 방향(Y)이라 하며, 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)에 수직한 방향을 제3 방향(Z)이라 한다.
가스 제어 밸브(620)는 복수 개가 구비될 수 있다. 복수의 가스 제어 밸브(620)는 복수의 가스 입력 라인(661~664)과 복수의 가스 출력 라인(631~634)의 사이에 각각 배치되어 공정 가스의 이송을 제어할 수 있다. 복수의 가스 제어 밸브(620) 각각에 하나의 가스 입력 라인과 하나의 가스 출력 라인이 연결될 수 있다. 그리하여, 각 가스 제어 밸브(620)는 자신에 연결된 가스 입력 라인과 가스 출력 라인 간의 공정 가스 이송을 허용하거나 차단할 수 있다.
가스 제어 밸브(620)는 소스 밸브(621), 소스 퍼지 밸브(622), 반응 밸브(623) 및 반응 퍼지 밸브(624)를 포함할 수 있다. 소스 밸브(621)는 소스 가스의 이송을 제어하고, 소스 퍼지 밸브(622)는 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스의 이송을 제어하고, 반응 밸브(623)는 반응 가스의 이송을 제어하며, 반응 퍼지 밸브(624)는 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스의 이송을 제어할 수 있다.
복수의 가스 입력 라인(661~664)은 소스 입력 라인(661), 소스 퍼지 입력 라인(662), 반응 입력 라인(663) 및 반응 퍼지 입력 라인(664)을 포함할 수 있다. 소스 입력 라인(661)은 소스 가스를 입력 받고, 소스 퍼지 입력 라인(662)은 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스를 입력 받고, 반응 입력 라인(663)은 반응 가스를 입력 받으며, 반응 퍼지 입력 라인(664)은 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스를 입력 받을 수 있다.
복수의 가스 출력 라인(631~634)은 소스 출력 라인(631), 소스 퍼지 출력 라인(632), 반응 출력 라인(633) 및 반응 퍼지 출력 라인(634)을 포함할 수 있다. 소스 출력 라인(631)은 소스 가스를 출력하고, 소스 퍼지 출력 라인(632)은 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스를 출력하고, 반응 출력 라인(633)은 반응 가스를 출력하며, 반응 퍼지 출력 라인(634)은 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스를 출력할 수 있다.
소스 밸브(621)는 소스 입력 라인(661)과 소스 출력 라인(631) 간의 소스 가스 이송을 허용하거나 차단할 수 있다. 소스 퍼지 밸브(622)는 소스 퍼지 입력 라인(662)과 소스 퍼지 출력 라인(632) 간의 소스 퍼지 가스 이송을 허용하거나 차단할 수 있다. 반응 밸브(623)는 반응 입력 라인(663)과 반응 출력 라인(633) 간의 반응 가스 이송을 허용하거나 차단할 수 있다. 반응 퍼지 밸브(624)는 반응 퍼지 입력 라인(664)과 반응 퍼지 출력 라인(634) 간의 반응 퍼지 가스 이송을 허용하거나 차단할 수 있다.
공통 라인(641, 642)은 복수의 가스 출력 라인(631~634)에 연결되고, 복수의 가스 출력 라인(631~634)에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성할 수 있다. 공통 라인(641, 642)은 소스 공통 라인(641) 및 반응 공통 라인(642)을 포함할 수 있다. 소스 공통 라인(641)은 소스 출력 라인(631) 및 소스 퍼지 출력 라인(632)에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하고, 반응 공통 라인(642)은 반응 출력 라인(633) 및 반응 퍼지 출력 라인(634)에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성할 수 있다. 소스 출력 라인(631)에서 출력되는 소스 가스 및 소스 퍼지 출력 라인(632)에서 출력되는 소스 퍼지 가스는 소스 공통 라인(641)을 통해 샤워헤드(400)로 공급될 수 있다. 반응 출력 라인(633)에서 출력되는 반응 가스 및 반응 퍼지 출력 라인(634)에서 출력되는 반응 퍼지 가스는 반응 공통 라인(642)을 통해 샤워헤드(400)로 공급될 수 있다.
가스 공급 라인(651, 652)은 공통 라인(641, 642) 및 샤워헤드(400)에 연결되고, 공통 라인(641, 642)과 샤워헤드(400) 간의 가스 이송 경로를 제공할 수 있다. 가스 공급 라인(651, 652)은 소스 가스 공급 라인(651) 및 반응 가스 공급 라인(652)을 포함할 수 있다. 소스 가스 공급 라인(651)은 소스 공통 라인(641)과 샤워헤드(400) 간의 가스 이송 경로를 형성하고, 반응 가스 공급 라인(652)은 반응 공통 라인(642)과 샤워헤드(400) 간의 가스 이송 경로를 형성할 수 있다.
소스 가스 공급 라인(651)과 반응 가스 공급 라인(652)은 개별적인 가스 이송 경로를 형성할 수 있다. 소스 가스 공급 라인(651)을 통해서는 소스 가스, 소스 퍼지 가스 및 소스 가압 가스만이 이송되고, 반응 가스 공급 라인(652)을 통해서는 반응 가스, 반응 퍼지 가스 및 반응 가압 가스만이 이송될 수 있다.
가스 공급 라인(651, 652)은 공통 라인(641, 642)에서 샤워헤드(400)까지 최단 거리를 갖도록 형성될 수 있다. 가스 공급 라인(651, 652)은 공통 라인(641, 642)과 샤워헤드(400)의 가스 확산부(410) 간의 가스 이송 경로를 제공하는 것으로서, 그 거리가 최단 거리가 되도록 형성될 수 있는 것이다. 예를 들어, 가스 공급 라인(651, 652)은 제1 방향(X)에 수직한 방향 즉, 제2 방향(Y)에 평행한 방향으로 길게 형성될 수 있다.
가스 공급 라인(651, 652)의 길이가 최소화됨에 따라 가스 공급 라인(651, 652)에 잔류하는 공정 가스의 양이 최소화되고, 공정 가스의 폐기량이 감소될 수 있다.
소스 공통 라인(641)에는 소스 가압 라인(671)이 연결될 수 있다. 소스 가압 라인(671)은 소스 출력 라인(631)에서 출력되는 소스 가스의 가압을 위한 소스 가압 가스의 이송 경로를 제공할 수 있다. 소스 출력 라인(631)에서 소스 가스가 출력될 때 소스 가압 라인(671)을 통해 소스 가압 가스가 소스 공통 라인(641)으로 주입될 수 있다. 소스 가스는 소스 가압 가스에 의해 가압되어 샤워헤드(400)로 공급될 수 있다. 소스 가압 가스는 소스 퍼지 가스와 동일한 성분일 수 있으나, 본 발명의 소스 가압 가스의 성분이 이에 한정되는 것은 아니다.
반응 공통 라인(642)에는 반응 가압 라인(672)이 연결될 수 있다. 반응 가압 라인(672)은 반응 출력 라인(633)에서 출력되는 반응 가스의 가압을 위한 반응 가압 가스의 이송 경로를 제공할 수 있다. 반응 출력 라인(633)에서 반응 가스가 출력될 때 반응 가압 라인(672)을 통해 반응 가압 가스가 반응 공통 라인(642)으로 주입될 수 있다. 반응 가스는 반응 가압 가스에 의해 가압되어 샤워헤드(400)로 공급될 수 있다. 반응 가압 가스는 반응 퍼지 가스와 동일한 성분일 수 있으나, 본 발명의 반응 가압 가스의 성분이 이에 한정되는 것은 아니다.
소스 퍼지 출력 라인(632)의 직경은 소스 출력 라인(631)의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성될 수 있다. 단위 시간당 이송되는 소스 퍼지 가스의 유량이 소스 가스의 유량에 비하여 동일하거나 크게 형성될 수 있다.
반응 퍼지 출력 라인(634)의 직경은 반응 출력 라인(633)의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성될 수 있다. 단위 시간당 이송되는 반응 퍼지 가스의 유량이 반응 가스의 유량에 비하여 동일하거나 크게 형성될 수 있다.
공통 라인(641, 642)의 직경 및 가스 공급 라인(651, 652)의 직경은 소스 퍼지 출력 라인(632)의 직경 및 반응 퍼지 출력 라인(634)의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성될 수 있다. 구체적으로, 소스 공통 라인(641)의 직경 및 소스 가스 공급 라인(651)의 직경은 소스 퍼지 출력 라인(632)의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성되고, 반응 공통 라인(642)의 직경 및 반응 가스 공급 라인(652)의 직경은 반응 퍼지 출력 라인(634)의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성될 수 있다. 이로 인해, 공통 라인(641, 642)을 통한 공정 가스의 이송이 원활하게 수행되고, 공정 가스가 가스 제어 밸브(620)로 역류되는 것이 방지될 수 있다.
소스 가압 라인(671) 및 소스 가스 공급 라인(651)의 사이에서 소스 출력 라인(631) 및 소스 퍼지 출력 라인(632)이 소스 공통 라인(641)에 연결되고, 소스 퍼지 출력 라인(632) 및 소스 가스 공급 라인(651)의 사이에서 소스 출력 라인(631)이 소스 공통 라인(641)에 연결될 수 있다. 이에, 소스 출력 라인(631)은 소스 퍼지 출력 라인(632)에 비하여 샤워헤드(400)에 인접하게 배치될 수 있다. 여기서, 소스 출력 라인(631)이 샤워헤드(400)에 인접하다는 것은 소스 출력 라인(631)의 말단에서 샤워헤드(400)까지의 유로 길이가 소스 퍼지 출력 라인(632)의 말단에서 샤워헤드(400)까지의 유로 길이에 비하여 짧은 것을 의미한다.
소스 출력 라인(631)에서 출력된 소스 가스는 소스 가압 가스에 가압되어 소스 가스 공급 라인(651)으로 주입될 수 있다. 또한, 소스 출력 라인(631)이 소스 퍼지 출력 라인(632)에 비하여 샤워헤드(400)에 인접하여 배치됨에 따라 소스 퍼지 출력 라인(632)에서 출력된 소스 퍼지 가스가 소스 출력 라인(631)과 소스 가스 공급 라인(651)의 사이에 잔류하는 소스 가스를 퍼지할 수 있다.
반응 가압 라인(672) 및 반응 가스 공급 라인(652)의 사이에서 반응 출력 라인(633) 및 반응 퍼지 출력 라인(634)이 반응 공통 라인(642)에 연결되고, 반응 퍼지 출력 라인(634) 및 반응 가스 공급 라인(652)의 사이에서 반응 출력 라인(633)이 반응 공통 라인(642)에 연결될 수 있다. 이에, 반응 출력 라인(633)은 반응 퍼지 출력 라인(634)에 비하여 샤워헤드(400)에 인접하게 배치될 수 있다. 여기서, 반응 출력 라인(633)이 샤워헤드(400)에 인접하다는 것은 반응 출력 라인(633)의 말단에서 샤워헤드(400)까지의 유로 길이가 반응 퍼지 출력 라인(634)의 말단에서 샤워헤드(400)까지의 유로 길이에 비하여 짧은 것을 의미한다.
반응 출력 라인(633)에서 출력된 반응 가스는 반응 가압 가스에 가압되어 반응 가스 공급 라인(652)으로 주입될 수 있다. 또한, 반응 출력 라인(633)이 반응 퍼지 출력 라인(634)에 비하여 샤워헤드(400)에 인접하여 배치됨에 따라 반응 퍼지 출력 라인(634)에서 출력된 반응 퍼지 가스가 반응 출력 라인(633)과 반응 가스 공급 라인(652)의 사이에 잔류하는 반응 가스를 퍼지할 수 있다.
이와 같이, 소스 출력 라인(631)이 소스 퍼지 출력 라인(632)에 비하여 샤워헤드(400)에 인접하여 배치되고, 반응 출력 라인(633)이 반응 퍼지 출력 라인(634)에 비하여 샤워헤드(400)에 인접하여 배치됨에 따라 공통 라인(641, 642)을 통한 공정 가스의 이송이 원활하게 수행되고, 공정 가스가 가스 제어 밸브(620)로 역류되는 것이 방지될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 소스 출력 라인(631)은 소스 공통 라인(641)에 연결되고, 소스 공통 라인(641)은 소스 가스 공급 라인(651)에 연결될 수 있다. 이하, 소스 출력 라인(631)과 소스 공통 라인(641)의 연결 지점을 제1 연결 지점이라 하고, 소스 공통 라인(641)과 소스 가스 공급 라인(651)의 연결 지점을 제2 연결 지점이라 한다.
제1 연결 지점과 제2 연결 지점은 일정 거리만큼 이격될 수 있다. 즉, 소스 출력 라인(631)과 소스 가스 공급 라인(651)이 일직선상에 배치되지 않을 수 있는 것이다. 제1 연결 지점과 제2 연결 지점 간의 공간은 소스 가스와 소스 가압 가스의 혼합을 위한 공간으로 이용될 수 있다. 소스 출력 라인(631)에서 출력된 소스 가스와 소스 가압 라인(671)을 통해 주입된 소스 가압 가스는 제1 연결 지점과 제2 연결 지점의 사이에서 혼합되어 소스 가스 공급 라인(651)으로 이송될 수 있다.
이와 마찬가지로, 반응 출력 라인(633)은 반응 공통 라인(642)에 연결되고, 반응 공통 라인(642)은 반응 가스 공급 라인(652)에 연결될 수 있다. 이하, 반응 출력 라인(633)과 반응 공통 라인(642)의 연결 지점을 제3 연결 지점이라 하고, 반응 공통 라인(642)과 반응 가스 공급 라인(652)의 연결 지점을 제4 연결 지점이라 한다.
제3 연결 지점과 제4 연결 지점은 일정 거리만큼 이격될 수 있다. 즉, 반응 출력 라인(633)과 반응 가스 공급 라인(652)이 일직선상에 배치되지 않을 수 있는 것이다. 제3 연결 지점과 제4 연결 지점 간의 공간은 반응 가스와 반응 가압 가스의 혼합을 위한 공간으로 이용될 수 있다. 반응 출력 라인(633)에서 출력된 반응 가스와 반응 가압 라인(672)을 통해 주입된 반응 가압 가스는 제3 연결 지점과 제4 연결 지점의 사이에서 혼합되어 반응 가스 공급 라인(652)으로 이송될 수 있다.
한편, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면 소스 출력 라인(631)과 소스 가스 공급 라인(651)은 일직선상에 배치되고, 반응 출력 라인(633)과 반응 가스 공급 라인(652)은 일직선상에 배치될 수 있다. 즉, 제1 연결 지점과 제2 연결 지점이 일치하고, 제3 연결 지점과 제4 연결 지점이 일치하는 것이다. 이러한 경우 소스 출력 라인(631)과 샤워헤드(400)의 간의 유로 및 반응 출력 라인(633)과 샤워헤드(400) 간의 유로가 단축될 수 있다.
도 7은 가스 공급부가 소스 가스를 공급하는 것을 나타낸 도면이고, 도 8은 가스 공급부가 소스 퍼지 가스를 공급하는 것을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 가스 공급부(600)는 샤워헤드(400)로 소스 가스(SG)를 공급할 수 있다.
소스 출력 라인(631)에서 출력된 소스 가스(SG)가 소스 공통 라인(641)을 통해 소스 가스 공급 라인(651)으로 주입될 수 있다. 이 때, 소스 가압 라인(671)을 통해 소스 가압 가스(SC)가 주입될 수 있다. 소스 가스(SG)는 소스 가압 가스(SC)에 의해 가압되어 소스 가스 공급 라인(651)으로 주입될 수 있다. 소스 가압 가스(SC)는 소스 출력 라인(631)을 통해 소스 가스(SG)가 출력되는 동안 지속적으로 소스 공통 라인(641)으로 주입될 수 있다. 소스 가압 가스(SC)에 의해 가압된 소스 가스(SG)가 소스 가스 공급 라인(651)을 통해 샤워헤드(400)로 공급될 수 있다.
도 8을 참조하면, 가스 공급부(600)는 샤워헤드(400)로 소스 퍼지 가스(SP)를 공급할 수 있다.
소스 퍼지 출력 라인(632)에서 출력된 소스 퍼지 가스(SP)가 소스 공통 라인(641)을 통해 소스 가스 공급 라인(651)으로 주입될 수 있다. 소스 퍼지 가스(SP)는 소스 출력 라인(631)과 소스 가스 공급 라인(651)의 사이에 잔류하는 소스 가스(SG)를 퍼지하면서 샤워헤드(400)로 공급될 수 있다. 소스 퍼지 가스(SP)는 샤워헤드(400)를 통하여 공정 챔버(100)의 내부로 분사되고, 공정 챔버(100)에 잔류하는 소스 가스(SG)를 퍼지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 소스 가스(SG) 및 소스 퍼지 가스(SP)가 샤워헤드(400)로 공급되는 것을 설명하였으나, 반응 가스 및 반응 퍼지 가스도 이와 유사한 방식에 따라 샤워헤드(400)로 공급될 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: 커버 300: 기판 지지부
400: 샤워헤드 500: 전력 공급부
600: 가스 공급부 610: 가스 공급 블록
620: 가스 제어 밸브 641, 642: 공통 라인
651, 652: 가스 공급 라인 700: 가스 가압부
800: 제어부

Claims (10)

  1. 기판의 공정을 위한 공정 처리 공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 구비되고, 상기 기판으로 공정 가스를 분사하는 샤워헤드; 및
    상기 샤워헤드로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하되,
    상기 가스 공급부는,
    복수의 가스 입력 라인과 복수의 가스 출력 라인의 사이에 각각 배치되어 공정 가스의 이송을 제어하는 복수의 가스 제어 밸브;
    상기 복수의 가스 출력 라인에 연결되고, 상기 복수의 가스 출력 라인에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하는 공통 라인; 및
    상기 공통 라인 및 샤워헤드에 연결되고, 상기 공통 라인과 샤워헤드 간의 가스 이송 경로를 제공하는 가스 공급 라인을 포함하고,
    상기 가스 공급 라인은 상기 공통 라인에서 상기 샤워헤드까지 최단 거리를 갖도록 형성되는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 공급된 공정 가스를 확산시키는 가스 확산부를 포함하고,
    상기 가스 공급 라인은 상기 공통 라인과 상기 가스 확산부 간의 가스 이송 경로를 제공하는 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 제어 밸브는,
    소스 가스의 이송을 제어하는 소스 밸브;
    상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스의 이송을 제어하는 소스 퍼지 밸브;
    반응 가스의 이송을 제어하는 반응 밸브; 및
    상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스의 이송을 제어하는 반응 퍼지 밸브를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 입력 라인은,
    소스 가스를 입력 받는 소스 입력 라인;
    상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스를 입력 받는 소스 퍼지 입력 라인;
    반응 가스를 입력 받는 반응 입력 라인; 및
    상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스를 입력 받는 반응 퍼지 입력 라인을 포함하고,
    상기 복수의 가스 출력 라인은,
    소스 가스를 출력하는 소스 출력 라인;
    상기 소스 가스를 퍼지하기 위한 소스 퍼지 가스를 출력하는 소스 퍼지 출력 라인;
    반응 가스를 출력하는 반응 출력 라인; 및
    상기 반응 가스를 퍼지하기 위한 반응 퍼지 가스를 출력하는 반응 퍼지 출력 라인을 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 소스 퍼지 출력 라인의 직경은 상기 소스 출력 라인의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성되고,
    상기 반응 퍼지 출력 라인의 직경은 상기 반응 출력 라인의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성되며,
    상기 공통 라인의 직경 및 상기 가스 공급 라인의 직경은 상기 소스 퍼지 출력 라인의 직경 및 상기 반응 퍼지 출력 라인의 직경에 비하여 동일하거나 크게 형성되는 기판 처리 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 공통 라인은,
    상기 소스 출력 라인 및 소스 퍼지 출력 라인에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하는 소스 공통 라인; 및
    상기 반응 출력 라인 및 반응 퍼지 출력 라인에서 출력되는 공정 가스의 공통 유로를 형성하는 반응 공통 라인을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는,
    상기 소스 공통 라인에 연결되고, 상기 소스 출력 라인에서 출력되는 소스 가스의 가압을 위한 소스 가압 가스의 이송 경로를 제공하는 소스 가압 라인; 및
    상기 반응 공통 라인에 연결되고, 상기 반응 출력 라인에서 출력되는 반응 가스의 가압을 위한 반응 가압 가스의 이송 경로를 제공하는 반응 가압 라인을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인은,
    상기 소스 공통 라인과 샤워헤드 간의 가스 이송 경로를 형성하는 소스 가스 공급 라인; 및
    상기 반응 공통 라인과 샤워헤드 간의 가스 이송 경로를 형성하는 반응 가스 공급 라인을 포함하고,
    상기 소스 가스 공급 라인과 상기 반응 가스 공급 라인은 개별적인 가스 이송 경로를 형성하는 기판 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 소스 가압 라인 및 상기 소스 가스 공급 라인의 사이에서 상기 소스 출력 라인 및 상기 소스 퍼지 출력 라인이 상기 소스 공통 라인에 연결되고,
    상기 소스 퍼지 출력 라인 및 상기 소스 가스 공급 라인의 사이에서 상기 소스 출력 라인이 상기 소스 공통 라인에 연결되고,
    상기 반응 가압 라인 및 상기 반응 가스 공급 라인의 사이에서 상기 반응 출력 라인 및 상기 반응 퍼지 출력 라인이 상기 반응 공통 라인에 연결되며,
    상기 반응 퍼지 출력 라인 및 상기 반응 가스 공급 라인의 사이에서 상기 반응 출력 라인이 상기 반응 공통 라인에 연결되는 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 상부 개구를 밀폐시키고, 상기 샤워헤드를 지지하는 커버; 및
    공정 가스를 가압하여 상기 가스 공급부로 제공하는 가스 가압부를 더 포함하고,
    상기 가스 공급부 및 가스 가압부는 상기 커버에 안착되는 기판 처리 장치.
KR1020220159949A 2022-11-25 기판 처리 장치 KR20240077733A (ko)

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