JP2023536018A - 蒸着システム及び工程システム - Google Patents

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Abstract

本発明の実施形態による蒸着システムは、反応チャンバ、反応チャンバに気体状態の前駆体を供給するガス供給部、反応チャンバに前駆体と反応する反応物を供給する反応物供給部、及び反応チャンバからの排気物を排出する排気部を備え、ガス供給部は、順次に連結されるサブタンク、液体流量コントローラ、及び気化器を含み、前駆体は、自動充填システムによりガス供給部のサブタンクに液体状態で充填され、サブタンク、液体流量コントローラ、及び気化器を順次に経由して反応チャンバに供給され、排気部は、プラズマ前処理システムが適用される処理工程チャンバ、ポンプ、及びスクラバーを含み、キャニスターを交換することなく安定して前駆体を供給し、ポンプの寿命を向上させ、スクラバーの効率を増加させることができる。従って、本発明の実施形態による蒸着システムを用いることで、大量生産の観点から設備の維持管理の容易性を改善することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸着システム及び工程システムに関する。
基板上に薄膜を形成する代表的な方法として、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）及び原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）がある。ＣＶＤ及びＡＬＤ工程では、多様な反応物を使用して基板表面に薄膜を形成する。工程過程において、液体反応物は一般的に気体状態に相変化して反応チャンバに供給される。蒸着工程が完了した後は、工程排気物が排気端に排出される。但し、液体反応物の供給量を増やすために気化器を使用することによって、液体反応物を供給するキャニスター（ｃａｎｉｓｔｅｒ）の交換周期が短くなり、工程排気物の増加のためにポンプ（ｐｕｍｐ）の交換時期が短くなる。また、キャニスター及びポンプを交換する時は蒸着設備を停止しなければならないという問題があるため、大量生産の観点から容易な蒸着設備の維持及び管理のために蒸着システムを改善する必要がある。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、大量生産の観点から蒸着設備の維持及び管理が容易な蒸着システムを提供することにある。
本発明の一態様による蒸着システムは、反応チャンバと、前記反応チャンバに気体状態の第１前駆体を供給する第１ガス供給部と、前記反応チャンバに前記第１前駆体と反応する反応物を供給する反応物供給部と、前記反応チャンバからの排気物を排出する排気部と、を備え、前記第１ガス供給部は、順次に連結される第１サブタンク、第１液体流量コントローラ、及び第１気化器を含み、前記第１前駆体は、第１自動充填システムにより前記第１ガス供給部の前記第１サブタンクに液体状態で充填され、前記第１サブタンク、前記第１液体流量コントローラ、及び前記第１気化器を順次に経由して前記反応チャンバに供給され、前記排気部は、プラズマ前処理システムが適用される処理工程チャンバ、ポンプ、及びスクラバーを含む。
本発明の他の態様による蒸着システムは、反応チャンバと、自動充填システムを用いて前記反応チャンバに少なくとも一つの前駆体を気体状態で供給する少なくとも一つのガス供給部と、前記反応チャンバに前記前駆体と反応する反応物を供給する反応物供給部と、前記反応チャンバからの排気物を排出する排気部と、を備え、前記少なくとも一つのガス供給部は、前記前駆体が貯蔵されるサブタンクと、前記前駆体を気体状態で前記反応チャンバに供給するための気化器と、前記気化器で供給される前記前駆体の量を調節する液体流量コントローラと、を含み、前記排気部は、処理工程チャンバ、ポンプ、及びスクラバーを含み、前記処理工程チャンバは、プラズマ前処理システムを用いて前記排気物の化学的構造を変化させた後、前記ポンプを通じて前記排気物を排出する。
本発明の一態様による工程システムは、液体状態の工程物質をサブタンクに自動で充填する少なくとも一つの自動充填システムと、前記サブタンクに貯蔵された前記工程物質を気体状態で反応チャンバに供給するガス供給システムと、プラズマ放電を誘導して前記反応チャンバから排出された排気物の化学的構造を変化させるように動作するプラズマ前処理システムとを含み、前記ガス供給システムは、前記サブタンクと前記反応チャンバとの間に順次に連結された液体流量コントローラ及び気化器を動作させ、前記液体流量コントローラは、前記気化器に供給する前記工程物質の量を調節する。
本発明の蒸着システムによれば、キャニスターを周期的に交換する方法の代わりに、サブタンクに適用される自動充填システム（Ａｕｔｏ Ｒｅｆｉｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＡＲＳ）を利用することで、液体反応液を常時供給可能な状態で維持することができる。また、排気部にプラズマ前処理システム（Ｐｒｅ Ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＰＰＳ）を適用することで、ポンプの寿命を延ばし、スクラバーの効率を改善することができる。
本発明の多様で且つ有益な長所及び効果は、上述した内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解される。
本発明の一実施形態による蒸着システムの概略的なブロック図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおける反応チャンバの種類を説明するための図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおける反応チャンバの種類を説明するための図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおける反応チャンバの種類を説明するための図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおけるバブラーの動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおける気化器の動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおける自動充填システムの動作を説明するための概略的なフローチャートである。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおける排気物の排出過程を説明するための概略的な図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムにおけるプラズマ前処理システムの動作を説明するための概略的なフローチャートである。 本発明の一実施形態による蒸着システムの概略的なブロック図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムの概略的なブロック図である。 本発明の一実施形態による蒸着システムの概略的なブロック図である。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による蒸着システムの概略的なブロック図である。
図１を参照すると、蒸着システム１は、反応チャンバ１０、ガス供給部２０、排気部３０、メインタンク４０、及び反応物供給部５０を含む。
本実施形態による蒸着システム１は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）及び／又は原子層蒸着（ＡＬＤ）工程を進行させるシステムである。ＣＶＤ工程及びＡＬＤ工程は、共通して前駆体及び反応物を反応チャンバ１０の内部に供給して反応させることで、基板上に薄膜を蒸着する過程を進行させる。
前駆体は、常温で液体又は固体状態で存在し、ガス供給部２０に含まれる一構成によって気化されて気体状態で反応チャンバ１０に供給される。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、前駆体は、常温下気体状態で存在し得る。本実施形態による蒸着システム１において、前駆体は液体反応物である。一例として、前駆体は、金属有機前駆体（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）であり、３、４、５族元素で構成される。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、実施形態により他の元素で構成され得る。
一般的な蒸着工程において、前駆体を気体状態で相変化させるための気化装置として、バブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）及び／又は気化器（ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）が利用される。一例として、ベーキング（ｂａｋｉｎｇ）方式を用いて前駆体を気体状態に相変化させ、運搬ガスを用いて気体前駆体を反応チャンバ１０に供給する。一方、運搬ガスでバブリング（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）現象を起こして液体前駆体を気化させ、気体前駆体を反応チャンバ１０に供給することもできる。但し、気化器を使用して液体前駆体を気体状態に相変化させてもよい。
上述した気化装置のうちの如何なる装置を利用するかは、液体前駆体の蒸気圧によって変わる。一例として、蒸気圧の低い前駆体の場合、バブラーを使用して液体前駆体を気化させるのに困難があり、気化器を使用する必要がある。一方、蒸気圧の高い前駆体の場合、ベーキング方式だけで前駆体を気化させることもできる。
一方、気化器を使用して液体前駆体を気体状態に相変化させる場合、バブラーを使用する場合よりも多量の前駆体を反応チャンバ１０に供給することになる。反応チャンバ１０に供給される前駆体の量は、液体流量コントローラ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）により調節される。
一般的に、反応チャンバ１０に供給される前駆体はキャニスターに貯蔵される。この時、工程が進行するにつれてキャニスターの内部に前駆体が所定の量よりも少なくなると、再び工程を進行するためにはキャニスター交換の必要がある。一方、キャニスターを交換するためには、工程設備を停止することになる。一例として、工程設備の停止期間中は、キャニスターの交換と共に配管内部の不純物を除去するクリーニング過程を進行する。
一方、蒸着工程が進行する間及び／又は蒸着工程が完了した後、反応チャンバ１０の排気端に排気物が排出される。一例として、排気物は、蒸着工程過程で反応しなかった気体反応物や反応した後の副産物を含む。排気物は、容易に固体形態に相変化し、反応チャンバ１０の排気端に連結されるポンプ３２に蓄積されるため、負担をかける可能性がある。これにより、消耗したポンプを交換するためには、工程設備を停止することになる。
本発明の一実施形態による蒸着システム１において、反応チャンバ１０は、蒸着工程を進行させる蒸着チャンバを含む。一例として、蒸着工程は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）及び／又は原子層蒸着（ＡＬＤ）工程である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、本発明の一実施形態による蒸着システム１の反応チャンバ１０は、ガス噴射が用いられる他の工程を進行させるチャンバを含む。一例として、反応チャンバ１０は、ＣＭＰ工程後に洗浄ガスを噴射して洗浄を進行する研磨工程チャンバ、ソースガスのラジカル及びイオンを含むプラズマなどを用いてウェーハ及び／又はウェーハ上に形成された素子層のうちの少なくとも一部領域を除去するエッチング工程チャンバなどを含む。一方、蒸着工程以外のその他の工程を進行させる場合、反応チャンバ１０に供給される気体は前駆体に限定されない。
本実施形態による蒸着システム１において、反応チャンバ１０に供給される液体前駆体はメインタンク４０に貯蔵される。メインタンク４０に貯蔵されていた液体前駆体は、自動充填システム（Ａｕｔｏ Ｒｅｆｉｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ＡＲＳによりガス供給部２０に充填される。一例として、自動充填システムＡＲＳは、工程と工程との間で動作する。一例として、自動充填システムＡＲＳが動作すると、メインタンク４０とガス供給部２０との間の配管には、配管に連結された真空ポンプにより陰圧が形成される。形成された陰圧により、ガス供給部２０には適正量の液体前駆体が充填される。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、自動充填システムＡＲＳの動作時期及び方法は実施形態によって異なってもよい。
本実施形態による蒸着システム１において、ガス供給部２０は、サブタンク２２、液体流量コントローラ２３、及び気化器２４を含む。一例として、ガス供給部２０は、気化器２４で完全に気化されなかった液体前駆体などを濾しだすためのフィルタ２５を更に含む。その他に、ガス供給部２０の各構成間及び／又は構成の内部には、前駆体の供給を調節するための複数のバルブが配置される。但し、これは実施形態に過ぎないため限定されず、必要に応じてバルブの個数及び位置は多様に決定される。
サブタンク２２は、メインタンク４０から充填されて当該工程で使用される液体前駆体を貯蔵する。一例として、サブタンク２２はキャニスターである。液体流量コントローラ２３は、サブタンク２２に貯蔵された液体前駆体を単位時間当り一定の量で気化器２４に供給する。一例として、単位時間当り一定の量は、１分当たり約１ｇ～１０ｇの範囲に該当する。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、液体前駆体の種類、工程を進行するために必要な供給量、一回の工程で蒸着が起こる基板の個数などによって異なってもよい。
一方、気化器２４は、液体前駆体を反応チャンバ１０に供給するために気体状態に相変化させる。気化器２４の動作方法は、一つに限定されず、実施形態によって多様な方法で動作して液体前駆体を気化させることができる。気体状態の前駆体は、フィルタ２５を経て反応チャンバ１０に供給される。
一例として、図１に示したガス供給部２０の構成は、気化器２４及び液体流量コントローラ２３を使用して液体前駆体を気化する場合に該当する。本発明の一実施形態による蒸着システム１において、ガス供給部２０には、気化器２４及び液体流量コントローラ２３の代わりにバブラーが含まれる。バブラーは別途の構成として含まれるが、これに限定されず、サブタンク２２に含まれ得る。本発明の一実施形態によるガス供給部２０の動作については後述する。
本実施形態による蒸着システム１に含まれる反応物供給部５０は、反応チャンバ１０に前駆体と反応して薄膜を形成するための反応物（ｒｅａｃｔａｎｔ）を供給する。一例として、供給される反応物は、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、Ｏ３、ＮＨ３などのうちの少なくとも一部を含む。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、実施形態によって供給される反応物は異なってもよい。
本実施形態による蒸着システム１において、蒸着工程が進行する間及び／又は蒸着工程が完了した後、反応チャンバ１０の排気端に排気物が排出される。排出された排気物は、排気部３０を通じて蒸着システム１から排出される。一方、排気部３０は、処理工程チャンバ３１、ポンプ３２、及びスクラバー３３を含む。
蒸着工程の排気物は、処理工程チャンバ３１でプラズマ前処理システム（Ｐｒｅ－Ｐｌａｓｍａｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）ＰＰＳを経た後、ポンプ３２及びスクラバー３３を通じて排出される。但し、処理工程チャンバ３１の配置は、図１に示した形態に限定されず、処理工程チャンバ３１は、ポンプ３２とスクラバー３３との間に配置されてもよい。一方、処理工程チャンバ３１は、複数個が設置されて、プラズマ前処理システムＰＰＳが数回繰り返して適用され得る。
処理工程チャンバ３１で排気物に適用されるプラズマ前処理システムＰＰＳは、排気物に反応性ガスを供給する。一例として、反応性ガスはＯ２である。但し、これは実施形態に過ぎないため限定されず、実施形態によって他の反応性ガスが供給され得る。排気物に含まれる金属性副産物と反応性ガスとが反応してジルコニア（ＺｒＯ２）などの反応物を生成することがある。一例として、ジルコニアは、パウダー形態である。但し、ジルコニアなどの反応物は、配管内壁に積層されて、排気物の排出を妨害するという問題を引き起こすおそれがある。
本実施形態による蒸着システム１において、プラズマ前処理システムＰＰＳは、処理工程チャンバ３１の内部にプラズマ放電を誘導する。一方、プラズマ放電により、蒸着工程の排気物は分解性能が向上するか、及び／又は流れ性が良く安全な物質に置換される。これにより、プラズマ前処理システムＰＰＳは、ポンプ３２の寿命を延長させ、スクラバー３３の効率を改善することができる。
一例として、プラズマ前処理システムＰＰＳを適用する場合、そうでない場合よりもポンプの寿命は２倍～３倍ほど増加する。一例として、プラズマ前処理システムＰＰＳを適用しない場合、ポンプの交換周期は１ヵ月であり、プラズマ前処理システムＰＰＳを適用する場合、ポンプの交換周期は２ヵ月～３ヵ月である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、ポンプの交換周期は、工程環境、プラズマ前処理システムＰＰＳの性能、ポンプの性能などによって異なり得る。また、プラズマ前処理システムＰＰＳの適用により増加するポンプの寿命は、プラズマ前処理システムＰＰＳを適用しない場合のポンプの寿命よりも２倍以下であるか、或いは３倍以上である。
本実施形態による蒸着システム１において、反応チャンバ１０の排気端に排出される排気物は、様々な状態の物質を含む。ポンプ３２は、陰圧を用いて排気物を排出させる役割をする。スクラバー３３は、排気物のうちの気体状態の排気ガスを溶解させて吸収させる役割をする。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、排気部３０は、排気物を安全に処理して排出するための多様な方法が複合的に適用され、そのために必要な追加の構成を更に含んでもよい。
図２ａ～図２ｃは、本発明の一実施形態による蒸着システムにおける反応チャンバの種類を説明するための図である。
図２ａ～図２ｃを参照すると、本実施形態による蒸着システムにおいて、反応チャンバは、基板上面に薄膜を蒸着させる蒸着工程が進行する蒸着チャンバである。一方、蒸着チャンバは、同時に工程を進行させる基板の個数によって、バッチ（ｂａｔｃｈ）タイプ、セミバッチ（ｓｅｍｉ－ｂａｔｃｈ）タイプ、シングル（ｓｉｎｇｌｅ）タイプに分類される。一例として、蒸着工程を進行させる基板は、ウェーハ（Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ）である。但し、実施形態によって工程対象はウェーハ（Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ）に限定されない。一例として、ウェーハ（Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ）ではなく、他の多様な基板、例えばディスプレイ用母基板（ｍｏｔｈｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が工程対象になる。
本実施形態による蒸着システムは、反応チャンバの種類に関係なく適用される。例えば、従来は工程速度を向上するためにバッチタイプの反応チャンバを主に使用したが、精密工程の正確性のために、最近ではシングルタイプの反応チャンバの使用が増加している傾向にあるため、大量生産の観点から設備の維持及び管理は更に重要である。本実施形態による蒸着システムは、設備の維持及び管理を更に容易にし、工程の効率を改善することができる。
図２ａを参照すると、工程を進行させる反応チャンバ１０ａはバッチタイプである。一例として、バッチタイプの反応チャンバ１０ａは、複数個のウェーハＷａに対して同時に工程を進行する。一例として、反応チャンバ１０ａに供給された気体状態の前駆体は、特定配列で配置されたウェーハＷａの上面に薄膜を蒸着させる。但し、図２ａに示した実施形態に限定されるものではなく、バッチタイプの反応チャンバ１０ａの内部形態は実施形態によって異なってもよい。
図２ｂを参照すると、工程を進行させる反応チャンバ１０ｂは、セミバッチタイプである。一例として、セミバッチタイプの反応チャンバ１０ｂは、複数個のウェーハＷｂに対して同時に工程を進行する。一例として、反応チャンバ１０ｂに供給された気体状態の前駆体は、特定配列で配置されたウェーハＷｂの上面に薄膜を蒸着させる。但し、図２ｂに示した実施形態に限定されるものではなく、セミバッチタイプの反応チャンバ１０ｂの内部形態は実施形態によって異なってもよい。
一例として、セミバッチタイプの反応チャンバ１０ｂで同時に工程を進行させるウェーハＷｂの個数は、図２ａに示したバッチタイプの反応チャンバ１０ａで同時に工程を進行させるウェーハＷａの個数よりも小さい。但し、バッチタイプの反応チャンバ１０ａと比較した場合、セミバッチタイプの反応チャンバ１０ｂでは精密工程の正確性が向上する。
図２ｃを参照すると、工程を進行させる反応チャンバ１０ｃは、シングルタイプである。一例として、シングルタイプの反応チャンバ１０ｃは、一回にウェーハＷｃに対して一つずつ工程を進行する。工程速度の側面からはバッチタイプの反応チャンバ１０ａに比べて不利であるが、高い精密度を利用してウェーハＷｃの上面に薄膜を均一に蒸着させることができる。但し、図２ｃに示した実施形態に限定されるものではなく、シングルタイプの反応チャンバ１０ｂの内部形態は実施形態によって異なってもよい。
図３は、本発明の一実施形態による蒸着システムにおけるバブラーの動作を説明するための図である。
図３を参照すると、本実施形態による蒸着システムにおいて、ガス供給部１２０に含まれるサブタンク１２２は、液体前駆体ＬＰを気化させて気体前駆体ＧＰの状態で反応チャンバに供給するためのバブラーＢを含む。一方、バブラーＢは、サブタンク１２２とは別途の装置としてガス供給部１２０に含まれる。
一例として、サブタンク１２２には、液体前駆体ＬＰが所定の高さＨまで満たされる。バブラーＢは、第１高さｈ１で運搬ガスＧを噴射する。一例として、第１高さｈ１は、液体前駆体ＬＰが満たされた所定の高さＨよりも低い。換言すると、運搬ガスＧは、液体前駆体ＬＰの内部に直接噴射される。一例として、運搬ガスＧは、反応性の低いＮ２などの気体である。但し、これは実施形態に過ぎないため限定されず、実施形態によって多様な運搬ガスＧが使用され得る。
一方、運搬ガスＧの噴射により、液体前駆体ＬＰにはバブリング（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）現象が表れ、液体前駆体ＬＰは気体前駆体ＧＰに気化する。気体前駆体ＧＰは、配管を通じて反応チャンバに供給される。一例として、気体前駆体ＧＰが抜け出す配管の入口は、液体前駆体ＬＰの表面の上部に配置される。但し、これは実施形態に過ぎないため限定されず、実施形態によって配管の入口は液体前駆体ＬＰの表面に近接して配置されるか、又は気体前駆体ＧＰが抜け出せる多様な方法で配置され得る。
バブリング現象が起こる液体前駆体ＬＰは、所定の蒸気圧を有する物質である。一例として、１００℃で約１Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有する液体前駆体ＬＰを使用する蒸着工程の場合、バブラーＢを用いて液体前駆体ＬＰを気化させることができる。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、高い蒸気圧を有する液体前駆体ＬＰを利用する蒸着システムであるとしても、供給量を向上させるための目的でバブラーＢではなく後述する気化器を利用することもできる。
図４は、本発明の一実施形態による蒸着システムにおける気化器の動作を説明するための図である。
図４を参照すると、本実施形態による蒸着システムにおいて、ガス供給部２２０は、サブタンク２２２と共に、液体流量コントローラ２２３及び気化器２２４を含む。液体流量コントローラ２２３は、気化器２２４に供給される液体前駆体ＬＰの量を調節する。気化器は、液体流量コントローラ２２３から供給された液体前駆体ＬＰを気化させて気体前駆体ＧＰの状態で反応チャンバに供給する。
一例として、サブタンク２２２には、液体前駆体ＬＰが所定の高さＨまで満たされる。液体前駆体ＬＰを液体流量コントローラ２２３に供給するため、サブタンク２２２の第２高さ（ｈ２）で運搬ガスＧが噴射される。一例として、第２高さ（ｈ２）は、液体前駆体ＬＰが満たされた所定の高さＨよりも高い。換言すると、運搬ガスＧは、液体前駆体ＬＰの表面に噴射される。
一方、運搬ガスＧの噴射により、液体前駆体ＬＰの一部は第１配管Ｌ１に沿って液体流量コントローラ２２３に供給される。一例として、第１配管Ｌ１の入口は、液体前駆体ＬＰが満たされた所定の高さＨよりも低い第３高さｈ３に配置される。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されない。
液体前駆体ＬＰは、液体流量コントローラ２２３によって調節された量ほど第２配管Ｌ２に沿って気化器２２４に供給される。一方、気化器２２４を用いて気体状態に相変化した気体前駆体ＧＰは、第３配管Ｌ３に沿って反応チャンバに供給される。換言すると、第１配管Ｌ１及び第２配管Ｌ２を通る前駆体は液体前駆体ＬＰであり、第３配管Ｌ３を通る前駆体は気体前駆体ＧＰである。
本実施形態による蒸着システムにおいて、気化器２２４を利用する液体前駆体ＬＰは、低い蒸気圧を有する物質である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、蒸気圧の大きさに関係なく気体前駆体ＧＰの供給量を増加させるための目的として気化器２２４を利用することもできる。
図３及び図４を参照すると、本発明の実施形態による蒸着システムにおいて、前駆体を気化させるためのバブラー又は気化器は、他の構成に関連する全体的な一つのシステムとして動作する。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、他の構成の動作に関係なく別個のシステムにより動作することもできる。一例として、バブラー又は気化器は、別途のガス供給システムにより動作する。
図５は、本発明の一実施形態による蒸着システムにおける自動充填システムの動作を説明するための概略的なフローチャートである。
図５を参照すると、本実施形態による蒸着システムは、自動充填システムを適用することで、メインタンクからサブタンクに液体前駆体が充填される。一例として、自動充填システムは、サブタンクに満たされた液体前駆体が所定の量以上であるか否かを確認する（Ｓ１００）。所定の量は、次回の工程を進行するために必要な液体前駆体の量である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、必要に応じてサブタンクには、工程上余裕分以上の液体前駆体が更に満たされ得る。
サブタンクに満たされた液体前駆体が所定の量よりも少ない場合、自動充填システムが動作してメインタンクに貯蔵された液体前駆体をサブタンクに充填する（Ｓ１１０）。一例として、メインタンクとサブタンクとの間には真空ポンプが配置され、液体前駆体は、真空ポンプで形成された陰圧を用いて自動的に充填がなされる。一方、サブタンクに満たされた液体前駆体が所定の量以上である場合、上述した蒸着工程を進行する（Ｓ１２０）。
蒸着工程が完了した後（Ｓ１３０）、蒸着工程を進行し続けるか否かを確認し（Ｓ１４０）、蒸着工程を進行し続ける場合は、Ｓ１００の段階から再び繰り返される。
本発明の一実施形態による蒸着システムに適用される自動充填システムは、キャニスターを持続的に交換する代わりに、サブタンクに液体前駆体を充填して蒸着工程を進行する。これにより、キャニスターを交換するための設備停止期間を工程期間として活用することで、工程効率を改善することができる。
図６は、本発明の一実施形態による蒸着システムにおける排気物の排出過程を説明するための概略的な図である。
図６を参照すると、本実施形態による蒸着システムにおいて、蒸着工程で生成される排気物ＷＰは反応チャンバの排気端を通じて排気部３０に排出される。一例として、排気部３０は、排気物ＷＰの化学的構造を変化させるプラズマ前処理システムＰＰＳが適用される処理工程チャンバ３１、ポンプ３２、及びスクラバー３３を含む。
本実施形態による蒸着システムにおいて、プラズマ前処理システムは、反応チャンバから排出された排気物ＷＰを分解及び／又は置換して排出を容易にする。一例として、排気物ＷＰは、処理工程チャンバ３１でプラズマ前処理システムが適用される。但し、プラズマ前処理システムは、本実施形態による蒸着システムに適用されるものに限定されず、蒸着工程だけでなく排気物ＷＰを排出する他の工程にも適用される。一例として、プラズマ前処理システムは、アッシング（ａｓｈｉｎｇ）、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）、洗浄（ｃｌｅａｎｉｎｇ）、アニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）などの工程にも適用される。
一方、プラズマ前処理システムが適用される前の排気物ＷＰは、反応できなかった前駆体及び／又は反応し残った副産物である。一例として、排気物ＷＰは、ジルコニアなどのように相対的に複雑な構造を有する物質である。これにより、プラズマ前処理システムを適用せずにそのまま排出される場合、ポンプ３２に負担をかけるか、或いは排気物ＷＰが配管に蓄積されるなどの問題によりポンプ３２の寿命が減るおそれがある。
処理工程チャンバ３１にはプラズマ前処理システムが適用される。プラズマ前処理システムは、反応性ガスＲＧを供給して、プラズマ放電を誘導する過程を含む。一例として、反応性ガスＲＧは、Ｏ２である。プラズマ放電により分解性能が高くなった排気物は、電荷を有するイオンに分解される。一例として、プラズマ前処理システムが適用された排気物は、Ｎ３－、Ｏ２－、Ｈ＋、Ｍｘ＋、Ｃ、ｅ－（電子）などを含む。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、プラズマ前処理システムによる動作及び分解された排気物は、実施形態によって異なり得る。
一方、ポンプ３２に移動したイオン状態の排気物は再結合して新しい物質を形成する。一例として、ポンプ３２には、ＭＯＸ、ＮＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２などが含まれる。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、その他に多様な物質を含み得る。一例として、ポンプ３２には再結合されないＨ＋（陽イオン）が含まれる。
スクラバー３３は、残っている排気物のうちの少なくとも一部を溶解させて排出する。一方、プラズマ前処理システムが適用された排気物は、初期排気物ＷＰと比べて相対的に簡単な構造を有する物質に分解及び／又は置換されるため、スクラバー３３の効率は増加する。一例として、スクラバー３３を通じて外部に排出される排気物は、ＭＯＸ、ＮＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｈ２などの形態である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、その他に多様な物質を含み得る。
図７は、本発明の一実施形態による蒸着システムにおけるプラズマ前処理システムの動作を説明するための概略的なフローチャートである。
図７を参照すると、プラズマ前処理システムの動作は、全ての工程過程で常に進行するものではない。従って、本実施形態による蒸着システムは、プラズマ前処理システムを動作するか否かを決定する段階（Ｓ２００）を経る。プラズマ前処理システムは、工程途中及び／又は工程と工程との間で動作する。プラズマ前処理システムが動作しない場合、反応チャンバから排出された排気物は、ポンプ及びスクラバーを経て外部に排出される。
プラズマ前処理システムが動作する場合、処理工程チャンバには反応性ガスが投入される（Ｓ２１０）。一例として、上述したように、反応性ガスはＯ２である。反応性ガスは、反応チャンバから排出された排気物と反応して分解される。
但し、完全に分解されていないパウダー形態の排気物は、ポンプに蓄積されてポンプの寿命を短縮させるおそれがあるため、プラズマ放電を起こして分解性能を向上させる（Ｓ２２０）。一例として、プラズマ放電は、ＲＦプラズマ放電形態で発生させる。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、実施形態によってＤＣグロー放電などの形態で発生させてもよい。
本実施形態による蒸着システムにおいて、プラズマ前処理システムは、実施形態によって複数回繰り返して動作する。よって、プラズマ前処理システムを繰り返して動作させるか否かを決める段階（Ｓ２３０）を経る。これにより、Ｓ２１０及びＳ２２０の段階は、複数回繰り返される。上記段階により分解性能が向上した排気物は、ポンプ及びスクラバーを通じて排出される（Ｓ２４０）。但し、上述したように、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、排気部の構成及び各構成の配置は、実施形態によって変わり得る。
本実施形態による蒸着システムに適用されるプラズマ前処理システムは、分解性能が向上した排気物を排出可能に動作する。これにより、ポンプに蓄積される排気物を減少させてポンプの寿命を延長させることができる。また、スクラバーの効率を増加させることで、排気効率を改善することができる。
図８～図１０は、本発明の一実施形態による蒸着システムの概略的なブロック図である。
図８を参照すると、本実施形態による蒸着システム３００は、蒸着しようとする薄膜が２元系物質又は３元系物質からなる場合の蒸着システムである。一例として、蒸着システム３００は、図１の蒸着システム１に示した各構成に対応する構成を含む。一方、ガス供給部２０に対応する第１ガス供給部３２０ａと共に、第２ガス供給部３２０ｂを更に含む。
蒸着しようとする薄膜の一成分である第１前駆体は、第１メインタンク３４０ａから第１自動充填システムＡＲＳ＿ａにより第１ガス供給部３２０ａに充填される。第１ガス供給部３２０ａは反応チャンバ３１０に気体状態の第１前駆体を供給し、第２ガス供給部３２０ｂは反応チャンバ３１０に第１前駆体とは異なる第２前駆体を気体状態で供給する。
本実施形態による蒸着システム３００において、第２ガス供給部３２０ｂは、第１ガス供給部３２０ａに対応する構成を含む。一例として、第２ガス供給部３２０ｂは、第２サブタンク３２２ｂ、第２液体流量コントローラ３２３ｂ、第２気化器３２４ｂ、及び第２フィルタ３２５ｂを含む。第２サブタンク３２２ｂは、第２メインタンク３４０ｂから第２自動充填システムＡＲＳ＿ｂにより充填された第２前駆体を貯蔵する。
一方、第１前駆体及び第２前駆体は、反応チャンバ３１０で反応物供給部３５０から供給された反応物（ｒｅａｃｔａｎｔ）と反応して基板上に薄膜を形成する。蒸着工程により排出される排気物は、図６に示したプラズマ前処理システムが適用された後、外部に排出される。その他の構成の特徴及び動作は、図１に示した蒸着システム１と同一である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、第１前駆体と第２前駆体との物性差により、第１ガス供給部３２０ａ及び第２ガス供給部３２０ｂの構成は互いに異なる特徴を有することもできる。
図９を参照すると、本実施形態による蒸着システム４００は、蒸着しようとする薄膜が２元系物質又は３元系物質からなる場合の蒸着システムである。一例として、図１の蒸着システム１に示したガス供給部２０に対応する第１ガス供給部４２０ａと共に、第２ガス供給部４２０ｂを更に含む。
蒸着しようとする薄膜の一成分である第１前駆体は、第１メインタンク４４０ａから第１自動充填システムＡＲＳ＿ａにより第１ガス供給部４２０ａに充填される。第１ガス供給部４２０ａは、反応チャンバ４１０に気体状態の第１前駆体を供給する。第１前駆体とは異なる第２前駆体は、第２メインタンク４４０ｂから第２自動充填システムＡＲＳ＿ｂにより第２サブタンク４２２ｂに充填される。第２ガス供給部４２０ｂは、反応チャンバ４１０に第２前駆体を気体状態で供給する。
一方、本実施形態による蒸着システム４００に含まれる第２ガス供給部４２０ｂは、図８に示した蒸着システム３００に含まれる第２ガス供給部３２０ｂとは異なり、バブラーを用いて第２前駆体を気化させる。一例として、運搬ガス供給部４２１ｂは第２サブタンク４２２ｂに運搬ガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）を供給する。一例として、運搬ガスは、反応性の低いＮ２などの気体である。第２サブタンク４２２ｂに貯蔵されていた液体状態の第２前駆体は、ベーキング（ｂａｋｉｎｇ）及び／又はバブリング（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）方式により気化されて、反応チャンバ４１０に供給される。
一方、第１前駆体及び第２前駆体は、反応チャンバ４１０で反応物供給部４５０から供給された反応物と反応して基板上に薄膜を形成する。蒸着工程により排出される排気物は、図６に示したプラズマ前処理システムが適用された後、外部に排出される。その他の構成の特徴及び動作は、図１に示した蒸着システム１と同一である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、第１前駆体と第２前駆体との物性差により、第１ガス供給部４２０ａ及び第２ガス供給部４２０ｂの構成は互いに異なる特徴を有することもできる。
図１０を参照すると、本実施形態による蒸着システム５００は、図１の蒸着システム１に示したガス供給部２０に対応する第１ガス供給部５２０ａと共に、複数のガス供給部（５２０ｂ、５２０ｃ、…、５２０ｎ）を更に含む。一例として、図１０に示した蒸着システム５００の少なくとも一部は、図８に示した蒸着システム３００及び／又は図９に示した蒸着システム４００と同一である。
第１ガス供給部５２０ａは、反応チャンバ５１０に気体状態の第１前駆体を供給する。一例として、第ｎガス供給部は、反応チャンバ５１０に気体状態の第ｎ前駆体を供給する。
ガス供給部（５２０ａ、５２０ｂ、…、５２０ｎ）及び反応物供給部５５０の個数は、基板上に蒸着される薄膜の成分によって決定される。一例として、２元系物質で構成される薄膜の場合、１個のガス供給部５２０ａ及び反応物供給部５５０を含む蒸着システムにより蒸着工程を進行させる。また、３元系物質で構成される薄膜の場合、２個のガス供給部（５２０ａ、５２０ｂ）及び反応物供給部５５０を含む蒸着システムにより蒸着工程を進行させる。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、蒸着工程方法によって薄膜の構成元素の個数とガス供給部（５２０ａ、５２０ｂ、…、５２０ｎ）及び反応物供給部５５０の個数とは異なることもある。
一方、複数のガス供給部（５２０ａ、５２０ｂ、…、５２０ｎ）は、それぞれ独立した構成を含む。一例として、複数のガス供給部（５２０ａ、５２０ｂ、…、５２０ｎ）は、いずれも図１に示した蒸着システムと同様に気化器を含むガス供給部である。但し、これに限定されず、複数のガス供給部（５２０ａ、５２０ｂ、…、５２０ｎ）の少なくとも一部は、バブラーを含むガス供給部であってもよい。
本実施形態による蒸着システムにおいて、ｎ個のガス供給部（５２０ａ、５２０ｂ、…、５２０ｎ）からそれぞれ供給される第１前駆体～第ｎ前駆体は、反応物供給部５５０から供給された反応物と反応して基板上に薄膜を形成する。
蒸着工程により排出される排気物は、図６に示したプラズマ前処理システムが適用された後、外部に排出される。その他の構成の特徴及び動作は、図１に示した蒸着システム１と同一である。但し、これは一実施形態に過ぎないため限定されず、第１前駆体～第ｎ前駆体の物性差により、第１ガス供給部５２０ａ～第ｎガス供給部５２０ｎの構成はそれぞれ異なる特徴を有することもできる。
本発明は、上述した実施形態及び図面によって限定されるものではなく、特許請求の範囲によって限定される。従って、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形、及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属するといえる。
１、３００、４００、５００ 蒸着システム
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、３１０、４１０、５１０ 反応チャンバ
２０、１２０、２２０ ガス供給部
２２、１２２、２２２ サブタンク
２３、２２３ 液体流量コントローラ
２４、２２４ 気化器
２５ フィルタ
３０、３３０、４３０、５３０ 排気部
３１、３３１、４３１、５３１ 処理工程チャンバ
３２、３３２、４３２、５３２ ポンプ
３３、３３３、４３３、５３３ スクラバー
４０ メインタンク
５０、３５０、４５０、５５０ 反応物供給部
３２０ａ、４２０ａ、５２０ａ 第１ガス供給部
３２０ｂ、４２０ｂ 第２ガス供給部
３２２ａ、４２２ａ、５２２ａ 第１サブタンク
３２２ｂ、４２２ｂ 第２サブタンク
３２３ａ、４２３ａ、５２３ａ 第１液体流量コントローラ
３２３ｂ 第２液体流量コントローラ
３２４ａ、４２４ａ、５２４ａ 第１気化器
３２４ｂ 第２気化器
３２５ａ、４２５ａ、５２５ａ 第１フィルタ
３２５ｂ 第２フィルタ
３４０ａ、４４０ａ、５４０ａ 第１メインタンク
３４０ｂ、４４０ｂ、５４０ｂ 第２メインタンク
４２１ｂ 運搬ガス供給部
ＡＲＳ 自動充填システム
ＡＲＳ＿ａ、ＡＲＳ＿ｂ 第１、第２自動充填システム
Ｂ バブラー
Ｇ 運搬ガス
ＧＰ 気体前駆体
Ｌ１～Ｌ３ 第１～第３配管
ＬＰ 液体前駆体
ＰＰＳ プラズマ前処理システム
ＲＧ 反応性ガス
Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ ウェーハ
ＷＰ 排気物

Claims (20)

  1. 反応チャンバと、
    第１メインタンクに貯蔵された液体状態の第１前駆体を前記反応チャンバに気体状態で供給する第１ガス供給部と、
    前記反応チャンバに前記第１前駆体と反応する反応物を供給する反応物供給部と、
    前記反応チャンバで生成される排気物を排出する排気部と、を備え、
    前記第１ガス供給部は、順次に連結される第１サブタンク、第１液体流量コントローラ、及び第１気化器を含み、
    第１自動充填システムにより前記第１サブタンクに充填された前記第１前駆体は、前記第１サブタンク、前記第１液体流量コントローラ、及び前記第１気化器を順次に経由して前記反応チャンバに供給され、
    前記第１自動充填システムは、前記第１メインタンクと前記第１ガス供給部との間の配管に陰圧を形成し、前記第１メインタンクに貯蔵された液体状態の前記第１前駆体を前記第１サブタンクに周期的に充填して前記第１前駆体が前記反応チャンバに供給可能な状態を維持するように動作し、
    前記排気部は、前記排気物の分解性能を増加させるプラズマ前処理システムが適用される処理工程チャンバ、ポンプ、及びスクラバーを含むことを特徴とする蒸着システム。
  2. 前記第１液体流量コントローラは、前記第１前駆体を単位時間当たり一定の量で前記第１気化器に供給することを特徴とする請求項１に記載の蒸着システム。
  3. 第２メインタンクに貯蔵された液体状態の第２前駆体を前記反応チャンバに気体状態で供給する第２ガス供給部を更に含み、
    前記第２ガス供給部は、前記第２前駆体を貯蔵する第２サブタンクを含み、
    前記第２前駆体は、前記第１前駆体と異なる元素で構成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸着システム。
  4. 前記第２ガス供給部は、前記第１ガス供給部と異なる別途の経路を通じて前記第２前駆体を前記反応チャンバに供給することを特徴とする請求項３に記載の蒸着システム。
  5. 前記第２ガス供給部には、前記第１自動充填システムと別個で動作する第２自動充填システムが適用され、
    前記第２自動充填システムは、前記第２メインタンクに貯蔵された液体状態の前記第２前駆体を前記第２サブタンクに周期的に充填するように動作することを特徴とする請求項３に記載の蒸着システム。
  6. 前記第２ガス供給部は、バブラー又は気化器のいずれか一つの気化装置を更に含み、
    前記気化装置は、前記第２前駆体の蒸気圧及び前記第２前駆体の必要供給量によって決定され、
    前記決定された気化装置によって気化された前記第２前駆体は、前記反応チャンバに供給されることを特徴とする請求項３に記載の蒸着システム。
  7. 前記第２ガス供給部は、前記第２サブタンクと前記反応チャンバとの間に順次に連結される第２液体流量コントローラ及び第２気化器を更に含み、
    前記第２液体流量コントローラは、前記第２前駆体の流量を調節して前記第２気化器に供給し、
    前記第２気化器は、前記第２前駆体を気化させて前記反応チャンバに供給することを特徴とする請求項３に記載の蒸着システム。
  8. 前記第２ガス供給部は、運搬ガス供給部及びバブラーを更に含み、
    前記運搬ガス供給部は、運搬ガスを前記第２サブタンクに注入し、
    前記バブラーは、前記運搬ガスを用いてバブリング（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）現象を発生させ、
    前記バブリング現象によって気化された前記第２前駆体は、前記反応チャンバに供給されることを特徴とする請求項３に記載の蒸着システム。
  9. 前記第２前駆体の蒸気圧は、１００℃で１Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする請求項８に記載の蒸着システム。
  10. 前記第２ガス供給部は、運搬ガス供給部を更に含み、
    前記運搬ガス供給部は、運搬ガスを前記第２サブタンクに注入し、
    ベーキング（ｂａｋｉｎｇ）方式で気化された前記第２前駆体は、前記反応チャンバに供給されることを特徴とする請求項３に記載の蒸着システム。
  11. 前記第１ガス供給部は、前記第１気化器と前記反応チャンバの間に配置されるフィルタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸着システム。
  12. 前記反応チャンバは、バッチ（ｂａｔｃｈ）、セミバッチ（ｓｅｍｉ－ｂａｔｃｈ）、又はシングル（ｓｉｎｇｌｅ）タイプであることを特徴とする請求項１に記載の蒸着システム。
  13. 前記プラズマ前処理システムは、前記排気物に反応性ガスを供給した後、プラズマ放電を誘導することで動作することを特徴とする請求項１に記載の蒸着システム。
  14. 反応チャンバと、
    前記反応チャンバに少なくとも一つの前駆体を気体状態でそれぞれ供給する少なくとも一つのガス供給部と、
    前記反応チャンバに前記前駆体と反応する反応物を供給する反応物供給部と、
    前記反応チャンバで生成される排気物を排出する排気部と、を備え、
    前記少なくとも一つのガス供給部は、それぞれ、
    メインタンクに連結された配管に陰圧を形成して前記前駆体を周期的に充填することで前記前駆体が前記反応チャンバに供給可能な状態を維持させる自動充填システムが適用されるサブタンクと、
    前記前駆体を気体状態で前記反応チャンバに供給するための気化器と、
    前記気化器に供給される前記前駆体の量を調節する液体流量コントローラと、を含み、
    前記排気部は、処理工程チャンバ、ポンプ、及びスクラバーを含み、
    前記処理工程チャンバは、前記排気物の化学的構造を変化させるプラズマ前処理システムを適用した後、前記ポンプを通じて前記排気物を排出することを特徴とする蒸着システム。
  15. 前記自動充填システムは、前記前駆体を使用した第１工程と前記第１工程の後に進行する第２工程との間に前記前駆体を前記サブタンクに自動で充填することを特徴とする請求項１４に記載の蒸着システム。
  16. 前記プラズマ前処理システムは、前記反応チャンバにおける工程とは別個に、必要に応じて選択的に動作するように制御されることを特徴とする請求項１４に記載の蒸着システム。
  17. 液体状態の工程物質が貯蔵されたメインタンクに連結された配管に陰圧を形成して前記液体状態の工程物質を前記配管に連結されたサブタンクに自動で充填し、前記サブタンクに貯蔵された前記工程物質を一定量以上維持させる少なくとも一つの自動充填システムと、
    前記サブタンクに貯蔵された前記工程物質を気体状態で反応チャンバに供給するガス供給システムと、
    プラズマ放電を誘導して前記反応チャンバから排出された排気物の化学的構造を変化させるように動作するプラズマ前処理システムと、を備え、
    前記ガス供給システムは、前記サブタンクと前記反応チャンバとの間に順次に連結された液体流量コントローラ及び気化器を動作させ、
    前記液体流量コントローラは、前記気化器に供給する前記工程物質の量を調節することを特徴とする工程システム。
  18. 前記工程物質は、蒸着（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程、エッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程、洗浄（Ｃｌｅａｎｉｎｇ）工程、アッシング（Ａｓｈｉｎｇ）工程、及びアニーリング（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程のいずれか一つで使用され、
    前記ガス供給システムは、気体状態の前記工程物質を前記反応チャンバに周期的に供給することを特徴とする請求項１７に記載の工程システム。
  19. 前記ガス供給システムは、複数のガス供給部を含み、
    前記複数のガス供給部は、複数の工程物質をそれぞれ前記反応チャンバに供給することを特徴とする請求項１７に記載の工程システム。
  20. 前記複数のガス供給部のうちの少なくとも一部は、異なるメカニズムで動作することを特徴とする請求項１９に記載の工程システム。

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