KR100706243B1 - 질화 텅스텐 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 상에 질화 텅스텐을 증착하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 공정 챔버로 불화 텅스텐 가스를 공급하는 제 1 공급관, 암모니아 가스를 공급하는 제 2 공급관, 수소화 붕소 가스를 공급하는 제 3-1 공급관, 그리고 사일렌 가스를 공급하는 제 3-2 공급관을 가진다. 각각의 공급관에는 공정 가스의 유량을 조절하는 질량 유량계 및 공급관 내부에 잔류하는 공정가스를 배출하는 배출관이 연결되고, 각각의 배출관에는 공급관 내부를 퍼지하는 퍼지가스 공급관이 연결된다. 본 발명에 의하면, 다른 공정 가스와 매우 쉽게 반응이 일어나는 불화 텅스텐 가스를 배출하는 배출관은 다른 배출관과 분리되어 펌프에 연결된다. 이로 인해 배출관 내에서 불화 텅스텐 가스가 다른 공정 가스와 반응하고, 이후에 공급관 및 질량 유량계 내에 증착되어 공정가스의 흐름을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 증착 장치의 일 예를 보여주는 도면;
도 2는 본 발명의 증착 장치의 다른 예를 보여주는 도면;
도 3은 본 발명의 증착 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면;
도 4는 본 발명의 증착 장치의 또 다른 예를 보여주는 도면;
도 5는 도 1의 장치에서 불화 텅스텐이 공정 챔버로 공급될 때 밸브들의 개폐 상태를 보여주는 도면;
도 6은 도 1의 장치에서 불화 텅스텐이 방출관을 통해 방출될 때 밸브들의 개폐 상태를 보여주는 도면;
도 7은 도 1의 장치에서 불화 텅스텐을 공급하는 공급관 내에 잔류하는 가스가 제거될 때 밸브들의 개폐 상태를 보여주는 도면; 그리고
도 8은 도 1의 장치에서 불화 텅스텐을 공급하는 공급관 내부가 퍼지될 때 밸브들의 개폐 상태를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 공정 챔버 200 : 가스 공급부
300 : 배출부 400 : 방출부
220, 240, 260 : 공급관
224, 244, 264 : 질량유량계
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 기판 상에 질화 텅스텐 막을 형성하는 증착 장치 및 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 기판 제조 공정시 기판 상에는 다양한 막질이 증착된다. 이들 중 기판 상에 질화 텅스텐 막을 형성하는 장치는 공정 챔버와 복수의 공급관들을 가진다. 공급관들은 공정 챔버 내부로 불화 텅스텐 가스, 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 그리고 사일렌 가스를 공급하며, 각각의 공급관에는 질량 유량계가 설치된다. 각각의 공급관에는 펌프와 연결되는 배출관이 연결되어 공급관 내에 잔류하는 가스들을 제거한다. 배출관은 가스 저장부와 질량 유량계 사이의 위치에서 공급관으로부터 분기된다. 이들 배출관들은 하나의 배관으로 통합된 후 펌프와 연결된다.
불화 텅스텐 가스는 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 그리고 사일렌 가스와 매우 쉽게 반응한다. 비록 각각의 공급관 내 가스의 제거가 순차적으로 이루어지고 배출관 및 공급관이 퍼지 가스에 의해 퍼지된다 할지라도, 통합된 배관 내에 잔류하는 일부 불화 텅스텐 가스가 후에 각각의 공급관으로부터 제거되는 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 또는 사일렌 가스와 반응한다. 상술한 반응으로 인해 배관 내에 반응물이 증착되고 파티클이 발생되며, 파티클은 각각의 배출관 및 각각의 공급관 내로 유입 후 각각의 공급관에 설치된 질량 유량계의 내벽에 부착되어 통로를 좁히거나 차단한다. 또한, 배출관을 통해 펌프로 유입된 공정 가스들이 펌프 내에 증착되어 펌프가 오동작되도록 한다.
또한, 공정 챔버로 안정된 량의 공정가스를 공급하기 위해 각각의 공급관에는 방출라인이 연결된다. 방출라인은 질량 유량계와 공정 챔버 사이에서 공급관으로부터 분기되며, 방출라인들은 공정 챔버 내 압력을 조절하는 펌프에 연결된다. 방출라인들을 통해 펌프 내로 불화 텅스텐 가스, 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 그리고 사일렌 가스가 모두 순차적으로 유입되므로 공정가스들이 펌프 내에서 반응되어 펌프 내에 증착된다. 이는 펌프의 오동작을 유발하며, 이로 인해 공정 챔버 내부가 공정 압력으로 유지되지 못한다.
본 발명은 기판 상에 질화 텅스텐 막을 증착할 때, 파티클 등에 의해 공급관에 설치된 질량 유량계가 막히는 것을 차단할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 질화 텅스텐 막을 증착할 때, 공급관으로부터 분기된 방출관을 통해 방출되는 공정가스로 인해 공정 챔버와 연결된 펌프가 오동작되는 것을 방지할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 증착 장치는 기판 상에 질화 텅스 텐을 증착하는 공정을 수행한다. 증착 장치는 공정 챔버, 상기 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부, 그리고 상기 가스 공급부 내에 잔류하는 가스를 배기하는 배출부를 구비한다. 상기 가스 공급부는 제 1 저장부로부터 불화 텅스텐 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 1 유량 조절기가 설치된 제 1 공급관, 제 2 저장부로부터 암모니아 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 2 유량 조절기가 설치된 제 2 공급관, 그리고 제 3 저장부로부터 수소화붕소 가스 또는 사일렌 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 3 유량 조절기가 설치된 제 3 공급관을 가진다. 상기 배출부는 상기 제 1 공급관으로부터 분기되며 흡입부에 연결되는 제 1 배출관, 상기 제 2 공급관으로부터 분기되며 상기 흡입부에 연결되는 제 2 배출관, 그리고 상기 제 3 공급관으로부터 분기되며 상기 흡입부에 연결되는 제 3 배출관을 가진다. 상기 제 1 배출관은 상기 제 2 배출관 및 상기 제 3 배출관과 분리된다. 또한, 상기 제 2 배출관은 상기 제 3 배출관과 분리되는 것이 바람직하다.
상기 흡입부는 복수의 펌프들을 포함하며, 상기 제 1 배출관이 연결되는 펌프는 상기 제 2 배출관 또는 상기 제 3 배출관이 연결되는 펌프와 상이한 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 배출관은 상기 제 1 저장부와 상기 제 1 유량 조절기 사이에서 상기 제 1 공급관으로부터 분기되며, 상기 제 1 공급관이 분기되는 지점에는 상기 제 1 유량 조절기가 상기 제 1 저장부 또는 상기 제 1 배출관 중 선택된 어느 하나와 연결되도록 하는 제 1 밸브가 설치되고, 상기 제 2 배출관은 상기 제 2 저장부와 상기 제 2 유량 조절기 사이에서 상기 제 2 공급관으로부터 분기되며, 상기 제 2 공급관이 분기되는 지점에는 상기 제 2 유량 조절기가 상기 제 2 저장부 또는 상기 제 2 배출관 중 선택된 어느 하나와 연결되도록 하는 제 2 밸브가 설치되고, 상기 제 3 배출관은 상기 제 3 저장부와 상기 제 3 유량 조절기 사이에서 상기 제 3공급관으로부터 분기되며, 상기 제 3 공급관이 분기되는 지점에는 상기 제 3 유량 조절기가 상기 제 3 저장부 또는 상기 제 3 배출관 중 선택된 어느 하나와 연결되도록 하는 제 3 밸브가 설치될 수 있다. 상기 제 1 배출관, 상기 제 2 배출관, 그리고 상기 제 3 배출관에는 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부가 연결될 수 있다.
또한, 상기 장치는 상기 제 1 유량 조절기와 상기 공정 챔버 사이에서 상기 제 1 공급관과 연결되며 펌프가 설치되는, 그리고 초기에 설정 기간 동안 상기 제 1 공급관을 통해 공급되는 불화 텅스텐 가스를 외부로 방출하는 제 1 방출관, 상기 제 2 유량 조절기와 상기 공정 챔버 사이에서 상기 제 2 공급관과 연결되며 펌프가 설치되는, 그리고 초기에 설정 기간 동안 상기 제 2 공급관을 통해 공급되는 암모니아 가스를 외부로 방출하는 제 2 방출관, 상기 제 3 유량 조절기와 상기 공정 챔버 사이에서 상기 제 3 공급관과 연결되며 펌프가 설치되는, 그리고 초기에 설정 기간 동안 상기 제 3 공급관을 통해 공급되는 수소화 붕소가스 또는 사일렌 가스를 외부로 방출하는 제 3 방출관을 포함한다. 상기 제 1 방출관, 상기 제 2 방출관, 또는 상기 제 3 방출관에 연결되는 펌프는 상기 공정 챔버와 연결되는 펌프와 상이한 것이 바람직하다. 상기 방출관들에 연결되는 펌프는 동일한 공정 가스를 배출하는 상기 배출관들에 연결되는 펌프와 동일한 것을 특징으로 하는 증착 장치.
또한, 본 발명의 기판 상에 질화 텅스텐 막을 증착하는 방법은 복수의 공급관들을 통해 수소화 붕소 가스와 사일렌 가스 중 적어도 어느 하나의 가스, 불화 텅스텐 가스, 그리고 암모니아 가스를 포함하는 공정 가스를 공정 챔버로 공급하여 기판 상에 질화 텅스텐 막을 형성하고, 상기 공급관 내에 잔류하는 가스를 제거하는 과정을 포함한다. 상기 공급관들 중 불화 텅스텐 가스를 공급하는 공급관 내에 잔류하는 가스의 제거는 암모니아 가스를 공급하는 공급관에 연결되는 배출관 및 수소화 붕소 가스 또는 사일렌 가스를 공급하는 공급관에 연결되는 배출관과 분리 배치되며, 상기 불화 텅스텐 가스를 공급하는 공급관으로부터 분기된 배출관을 통해 이루어진다. 또한, 상기 배출관을 통해 상기 공급관들 내부로 퍼지 가스를 공급하는 과정이 더 제공될 수 있다.
또한, 상기 공급관들 중 불화 텅스텐 가스를 공급하는 공급관 내에 잔류하는 가스의 제거는 상기 수소화 붕소 가스 또는 상기 사일렌 가스를 제거하기 위해 사용되는 펌프 및 상기 암모니아 가스를 제거하기 위해 사용되는 펌프와 상이한 펌프를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 방법은 상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하기 전에 설정 기간 동안 방출라인을 통해 방출하는 과정을 더 포함하며, 상기 공정 가스의 방출은 상기 공정 챔버와 연결된 펌프와 상이한 펌프를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 공정 가스의 방출은 동일한 공정가스를 배출하는 상기 배출관과 연결되는 펌프에 의해 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 증착 장치는 공정 챔버, 상기 공정 챔버로 공정 가스를 공 급하는 복수의 공급관들, 그리고 각각의 상기 공급관에 연결되며 상기 공급관 내에 잔류하는 가스를 배기하는, 그리고 흡입부에 연결되는 배출관들을 포함하고, 상기 배출관들은 서로 분리되도록 배치된다. 상기 흡입부는 복수의 펌프들을 구비하며, 상기 배출관들은 각각 서로 상이한 펌프에 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 각각의 상기 공급관에는 상기 공정가스의 유량을 조절하는 유량 조절기가 설치되고, 상기 배출관은 공정가스 저장부와 상기 유량 조절기 사이 위치에서 상기 공급관으로 분기되고, 상기 공급관에는 상기 유량 조절기가 상기 공정가스 저장부 또는 상기 배출관과 선택적으로 연결되도록 하는 밸브가 설치될 수 있다. 또한, 상기 장치는 상기 배출관에 연결되는 퍼지가스 공급관을 더 포함하고, 상기 배출관에는 상기 공급관이 상기 흡입부 또는 상기 퍼지가스 공급관과 선택적으로 연결되도록 하는 밸브가 설치될 수 있다.
또한, 상기 장치는 상기 유량 조절기에 의해 조절된 유량이 안정화되기까지 상기 공급관으로부터 공정 가스를 방출하기 위해 각각의 상기 공급관과 연결되는 방출관들을 더 포함하되, 상기 방출관들과 연결되는 펌프는 상기 공정 챔버와 연결되는 펌프와 상이한 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 방출관들은 동일한 공정 가스를 배출하는 상기 배출관과 연결되는 상기 펌프에 연결된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완 전하게 설명하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 위해 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 증착 장치(10)의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 증착 장치(10)는 공정 챔버(100), 가스 공급부(200), 배출부(300), 그리고 방출부(400)를 가진다. 공정 챔버(100)는 외부로부터 밀폐가능하며, 기판 상에 증착이 수행되는 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)는 단일 웨이퍼에 대해 증착 공정이 수행되도록 형상지어진 챔버일 수 있으며, 선택적으로 복수의 웨이퍼들에 대해 증착 공정이 수행되도록 형상지어진 챔버일 수 있다. 일 예에 의하면, 공정 챔버(100) 내 하부에는 웨이퍼가 놓여지는 기판 지지대(도시되지 않음)가 배치되고, 이와 대향되는 공정 챔버(100) 내 상부에는 웨이퍼 상으로 공정 가스를 제공하는 샤워헤드(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)의 바닥벽 또는 측벽에는 공정 챔버(100) 내부의 압력을 공정 압력으로 유지하고, 공정 챔버(100) 내에서 발생된 반응 부산물을 배기하는 배기관(140)이 제공되고, 배기관(140)에는 개폐밸브나 유량 조절 밸브(142), 그리고 펌프(120)가 설치된다.
가스 공급부(200)는 공정 챔버(100) 내로 공정 가스를 공급한다. 본 실시예에 의하면, 증착 장치(10)는 웨이퍼 상에 질화 텅스텐(WN) 막을 증착하고, 가스 공급부(200)는 공정 챔버(100) 내로 불화 텅스텐(WF6) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 수소화 붕소(B2H6) 가스, 그리고 사일렌(SiH4) 가스를 공급한다. 선택적으로 가스 공급부(200)는 불화 텅스텐 가스와 수소화 붕소 가스 중 어느 하나, 불화 텅스텐 가 스 및 암모니아 가스를 제공할 수 있다. 아래의 실시예에서는 가스 공급부(200)가 4개의 공정 가스를 제공하는 경우를 예로 든다. 그러나 공정 가스의 종류 및 수 등은 다양하게 변화될 수 있다.
가스 공급부(200)는 제 1 공급관(220), 제 2 공급관(240), 제 3 공급관(260)을 가진다. 제 1 공급관(220)은 제 1 저장부(222)로부터 불화 텅스텐 가스를 공정 챔버(100)로 공급하고, 제 2 공급관(240)은 제 2 저장부(242)로부터 암모니아 가스를 공정 챔버(100)로 공급하며, 제 3 공급관(260)은 제 3 저장부(262)로부터 수소화붕소 가스와 사일렌 가스를 공정 챔버(100)로 공급한다. 제 3 저장부(262)는 수소화붕소 가스를 저장하는 제 3-1 저장부(262a)와 사일렌 가스를 저장하는 제 3-2 저장부(262b)를 각각 구비하고, 제 3 공급관(260)은 수소화붕소 가스를 공급하는 제 3-1 공급관(260a)과 사일렌 가스를 공급하는 제 3-2 공급관(260b)을 각각 구비한다. 제 1 저장부(222)에는 불화 텅스텐 가스 및 질소 가스가 혼합되어 저장될 수 있다.
공정가스를 공급하는 각각의 공급관(220, 240, 260)에는 공정가스의 유량을 조절하는 유량 조절기(224, 244, 264)가 설치된다. 유량 조절기는 유량 조절 밸브 또는 질량 유량계(mass flow contorller, MFC)가 설치된다. 비록 도시되지는 않았으나 각각의 저장부(222, 242, 262)와 질량 유량계(224, 244, 264) 사이에는 각각의 공급관(220, 240, 260)의 통로를 개폐하는 개폐밸브가 설치될 수 있다.
공정가스를 공급하는 각각의 공급관(220, 240, 260)에는 질소가스 공급관(520)과 방출관(420, 440, 460)이 연결된다. 질소가스 공급관(520)과 방출관(420, 440, 460)은 질량 유량계(224, 244, 264)와 공정 챔버(100) 사이에 연결된다.
질소가스는 질소가스 공급관(520)을 통해 공정 가스를 공급하는 각각의 공급관으로 유입되며, 공정가스를 공정 챔버(100)로 운반한다. 각각의 질소가스 공급관(520)에는 그 내부 통로를 개폐하는 개폐 밸브(522) 및 유량 조절 밸브(도시되지 않음)가 설치된다. 또한, 질소가스 공급관(520)을 통해 공급되는 질소가스는 공정 챔버(100) 내부를 퍼지하기 위해 사용된다. 선택적으로 공정 가스를 운반하기 위한 질소가스와 공정 챔버(100) 내부를 퍼지하기 위한 질소가스는 서로 상이한 공급관을 통해 공급될 수 있다. 또한, 질소가스 대신 화학적으로 안정한 불활성 가스가 사용될 수 있다.
초기에 공정 챔버(100)로 공급되는 공정가스의 량은 불안정하다. 공정 챔버(100)로 공급되는 공정가스의 량이 안정화 될 때까지 질량 유량계(224, 244, 264)를 통해 공급되는 공정가스는 공정 챔버(100)로 공급되지 않고 방출부(400)를 통해 방출된다. 방출부(400)는 각각의 공급관(220, 240, 260)과 연결되는 방출관들(420, 440, 460)을 가진다. 방출관(420, 440, 460)에는 펌프(120)가 연결된다. 장치의 간소화, 비용 절감 등을 위해 방출관(420, 440, 460)에 연결된 펌프(120)는 공정 챔버(100)와 연결된 펌프와 동일할 수 있다. 방출관(420, 440, 460)은 삼방밸브(226, 246, 266)에 의해 공급관(220, 240, 260)에 연결될 수 있다. 삼방밸브(226, 246, 266)는 질량 유량계(224, 244, 264)를 통해 공급되는 공정가스가 공정 챔버(100) 또는 방출관(420, 440, 460)으로 선택적으로 흐르도록 한다.
또한, 웨이퍼 상에 질화 텅스텐 막의 증착은 화학 기상 증착법에 의해 이루 어지거나 원자층 증착법에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 원자층 증착법에 의해 증착 공정이 수행되는 경우, 수소화 붕소 가스, 퍼지가스, 불화 텅스텐 가스, 퍼지가스, 암모니아 가스, 퍼지가스, 사일렌 가스, 퍼지가스, 불화 텅스텐 가스, 퍼지가스, 암모니아 가스, 그리고 퍼지가스 순으로 공정 챔버(100) 내로 공급될 수 있다. 선택적으로 사일렌 가스 대신 수소화 붕소 가스가 공급될 수 있다.
공급관(220, 240, 260) 내에 잔류하는 공정가스는 주기적으로 제거되어야 한다. 공정가스는 순차적으로 공정 챔버(100) 내로 공급되므로, 공정 챔버(100)로 공급이 이루어지지 않는 동안 공급관(220, 240, 260) 내에 잔류중인 공정가스가 응축되어 공급관(220, 240, 260) 내 또는 질량 유량계(224, 264, 284) 내에 증착될 수 있다. 이는 이후에 공정가스가 원활하게 공급되는 것을 방해한다. 특히 불화 텅스텐의 경우 공급관(220, 240, 260) 내에서 매우 쉽게 응축된다.
배출부(300)는 각각의 공급관(220, 240, 260) 내에 잔류하는 공정가스를 제거한다. 배출부(300)는 제 1 공급관(220) 내에 잔류하는 가스를 제거하는 제 1 배출관(320), 제 2 공급관(240) 내에 잔류하는 가스를 제거하는 제 2 배출관(340), 제 3 공급관(260) 내에 잔류하는 가스를 제거하는 제 3 배출관(360)을 가진다. 제 3 배출관(360)은 제 3-1 공급관(260a) 내에 잔류하는 가스를 제거하는 제 3-1 배출관(360a)과 제 3-2 공급관(260b) 내에 잔류하는 가스를 제거하는 제 3-2 배출관(360b)를 가진다.
각각의 배출관(320, 340, 360)은 각각의 저장부(222, 242, 262)와 질량 유량계(224, 244, 264) 사이에서 삼방밸브(226, 246, 266)를 통해 공급관(220, 240, 260)으로부터 분기된다. 배출관(320, 340, 360)이 공급관(220, 240, 260)으로부터 분기되는 위치(즉, 삼방밸브의 설치 위치)를 분기점이라 칭한다. 삼방밸브(226, 246, 266)는 공정가스가 공정 챔버(100)로 공급되는 동안에는 저장부(222, 242, 262)와 질량유량계(224, 244, 264)가 연결되도록 하고, 공급관(220, 240, 260) 내부의 크리닝이 이루어지는 동안에는 분기점과 질량 유량계(224, 244, 264) 사이에 해당되는 공급관(220, 240, 260)의 영역(이하, 크리닝영역이라 한다)이 배출관(320, 340, 360)과 연결되도록 한다. 각각의 배출관(320, 340, 360)은 흡입부(390)와 연결된다. 흡입부(390)로는 펌프가 사용되며, 펌프(390)는 공급관(220, 240, 260)의 크리닝 영역 내에 잔류하는 공정가스를 강제 흡입한다. 장치의 간소화, 비용 절감 등을 위해 배출관들(320, 340, 360)은 모두 동일 펌프(390)에 연결될 수 있다.
배출관들이 모두 서로 연결되는 경우 어느 하나의 공급관으로부터 강제 흡입되는 공정가스가 배출관 내에 잔류하고 다른 하나의 공급관으로부터 강제 흡입되는 공정가스와 반응할 수 있다. 반응물 및 반응 후 발생되는 파티클 등은 다시 배출관을 통해 공급관의 크리닝 영역으로 유입될 수 있다. 이들은 크리닝 영역에서 공급관의 내벽에 증착되거나 질량 유량계로 유입되어 질량 유량계 내에 증착되어 공정가스의 흐름을 방해할 수 있다.
따라서 반응이 잘 이루어지는 공정가스들을 배출하는 배출관들은 서로 분리되어 설치된다. 상술한 바와 같이 공정가스로 불화 텅스텐 가스, 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 그리고 사일렌 가스가 사용되는 경우, 불화 텅스텐 가스는 다른 가스들과 매우 쉽게 반응이 이루어지는 반면에 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 그리고 사일렌 가스는 서로간에 반응이 잘 이루어지지 않는다.
본 실시예에 의하면, 불화 텅스텐 가스를 공급하는 제 1 공급관(220)과 연결되는 제 1 배출관(320)은 제 2 배출관(340), 제 3-1 배출관(360a), 그리고 제 3-2 배출관(360b)과 분리되도록 설치된다. 제 2 배출관(340), 제 3-1 배출관(360a), 그리고 제 3-2 배출관(360b)은 다양한 방법으로 설치될 수 있다.
제 2 배출관(340), 제 3-1 배출관(360a), 그리고 제 3-2 배출관(360b)은 모두 서로 연결되거나, 모두 분리될 수 있다. 선택적으로 제 2 배출관(340), 제 3-1 배출관(360a), 그리고 제 3-2 배출관(360b) 중 어느 2개는 서로 연결되고 다른 하나는 분리될 수 있다. 다만, 암모니아 가스는 열을 받으면 수소화 붕소 가스와 반응이 이루어질 수 있으므로 도 1에 도시된 바와 같이 암모니아 가스를 공급하는 제 2 공급관(240)과 연결되는 제 2 배출관(340)은 제 3-1 배출관(360a) 및 제 3-2 배출관(360b)과 분리되도록 설치되는 것이 바람직하며, 제 3-1 배출관(360a)과 제 3-2 배출관(360b)은 서로 연결될 수 있다.
공급관(220, 240, 260)의 크리닝 영역 및 배출관(320, 340, 360)의 영역 일부를 퍼지하기 위해 퍼지가스 공급부(370)가 제공된다. 퍼지가스 공급부(370)는 각각의 배출관(320, 340, 360)과 연결되는 퍼지가스 공급관(372)을 가진다. 퍼지가스는 퍼지가스 저장부(376)로부터 퍼지가스 공급관(372)을 통해 배출관(320, 340, 360)의 영역 일부 및 공급관(220, 240, 260)의 크리닝 영역으로 공급되어 그 내부를 퍼지한다. 퍼지가스 공급관(372)은 삼방밸브(322, 342, 362b)에 의해 배출관 (320, 340, 360)과 연결되고, 퍼지가스 공급관(372)에는 내부 통로를 개폐하는 개폐 밸브(374)가 설치된다. 삼방밸브(322, 342, 362b)는 공급관(220, 240, 260)의 크리닝 영역 내에 잔류하는 공정가스를 흡입시에는 펌프(390)와 공급관(220, 240, 260)의 크리닝 영역이 연통되도록 하고, 공급관(220, 240, 260)의 크리닝 영역 내부를 퍼지시에는 퍼지가스 공급관(372)과 공급관 (220, 240, 260)의 크리닝 영역이 연통되도록 한다.
각 공급관 내 잔류가스의 제거 및 공급관 내의 퍼지는 공정 챔버(100)로 공정가스의 공급이 차단되어 있는 동안 이루어질 수 있다. 반응이 잘 이루어지는 공정가스들을 배출하는 배출관들이 서로 분리되어 있는 경우, 또는 상술한 배출관들이 연결되는 펌프들이 서로 상이한 경우, 복수의 공급관들에서 동시에 잔류가스의 제거 및 퍼지가 이루어질 수 있다.
상술한 예에서는 공급관들이 서로 분리되어 공정 챔버(100)에 연결되는 것으로 도시하였다. 그러나 이와 달리 공급관들은 모두 또는 일부가 연결된 상태에서 공정 챔버(100)에 연결될 수 있다. 그러나 불화 텅스텐을 공급하는 제 1 공급관(220)은 다른 공급관들과는 분리된 상태로 공정 챔버(100)에 연결되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 의하면, 제 1 공급관(220)으로부터 불화 텅스텐 가스를 배출하는 제 1 배출관(320)은 다른 배출관들(340, 360)과 분리되어 설치되어 있으므로, 불화 텅스텐 가스가 배출되는 경로와 다른 공정가스들이 배출되는 경로가 상이하다. 따라서 배출관(320, 340, 360) 내에서 불화 텅스텐 가스가 다른 공정가스들과 만나 반응하여 공급관(220, 240, 260) 내 또는 질량 유량계(222, 224, 264) 내에 증착되어 공정가스의 흐름을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 예에 따른 증착 장치(10a)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2에서 도 1과 동일한 인출번호는 동일한 구성을 나타낸다. 이하, 도 1과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고, 도 1과 상이한 구성에 대해서만 설명한다.
도 1의 증착 장치(10)에서, 제 1 배출관(320), 제 2 배출관(340), 제 3-1 배출관(360a), 그리고 제 3-2 배출관(360b)은 장치의 간소화 및 비용 절감 등을 위해 모두 동일한 펌프(390)와 연결되는 것으로 설명하였다. 그러나 불화 텅스텐 가스, 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 그리고 사일렌 가스가 모두 펌프(390) 내로 흡입되므로 펌프(390) 내에서 불화 텅스텐 가스가 다른 가스들과 반응하여 펌프(390) 내에 증착되고 이로 인해 펌프(390)가 오동작 될 수 있다.
도 2에 도시된 증착 장치(10a)의 배출부(300a)에서, 쉽게 반응이 이루어지는 공정가스들이 배출되는 배출관들은 서로 상이한 펌프와 연결된다. 즉, 상술한 예에서 텅스텐 가스를 배출하는 제 1 배출관(320)에 연결되는 펌프(392)는 다른 배출관들(340, 360)이 연결되는 펌프(394, 396)와는 상이하다. 도 2에 도시된 바와 같이 제 2 배출관(340), 제 3-1 배출관(360a), 제 3-2 배출관(360b) 중 2개는 동일한 펌프에 연결되고, 다른 하나는 이와 상이한 펌프에 연결될 수 있다. 선택적으로 제 2 배출관(340), 제 3-1 배출관(360a), 제 3-2 배출관(360b)은 각각 서로 상이한 펌프에 연결되거나, 동일한 펌프에 연결될 수 있다. 바람직하게는 열에 의해 암모니아 가스가 수소화 붕소 가스와 반응되는 것을 방지하기 위해 제 2 배출관(340)이 연결되는 펌프(394)는 제 3-1 배출관(360a)이 연결되는 펌프(396)와 상이한 것이 바람직하다. 본 실시예에 의하면 배출관들(320, 340, 360)과 연결되는 펌프(392, 394, 396)가 오동작되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예에 따른 증착 장치(10b)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3에서 도 1과 동일한 인출번호는 동일한 구성을 나타낸다. 이하, 도 1과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고, 도 1과 상이한 구성에 대해서만 설명한다.
도 1의 증착 장치(10)에서, 장치의 간소화 및 비용 절감 등을 위해 방출관들(420, 440, 460)이 연결되는 펌프(120)는 공정 챔버(100)와 연결되는 펌프(120)와 동일한 것으로 설명하였다. 그러나 각각의 방출관(420, 440, 460)을 통해 불화 텅스텐 가스, 암모니아 가스, 수소화 붕소 가스, 그리고 사일렌 가스가 순차적으로 펌프(120) 내로 흡입된다. 따라서 펌프(120) 내에서 불화 텅스텐 가스가 다른 가스들과 반응하여 펌프(120) 내에 증착되고 이로 인해 펌프(120)가 오동작 될 수 있다. 펌프의 오동작시 공정 챔버(100) 내부가 공정 압력을 유지하지 못하므로 공정불량이 발생된다.
도 3에 도시된 증착 장치(10b)의 방출부(400a)에 의하면, 방출관들(420, 440, 460)이 연결되는 펌프(120b)는 공정 챔버(100)에 연결되는 펌프(120a)와 상이하다. 방출관들(420, 440, 460)은 모두 동일한 펌프에 연결될 수 있으며, 선택적으로 제 1 공급관(220)으로부터 불화 텅스텐을 방출하는 제 1방출관에 연결되는 펌프 는 다른 방출관들에 연결되는 펌프와 상이할 수 있다. 본 실시예에 의하면 공정 챔버(100)와 연결되는 펌프(120a) 및 방출관들과 연결되는 펌프(120b)가 오동작되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 도 2의 증착 장치(10c)의 변형된 예를 보여준다. 도 4를 참조하면, 동일한 종류의 공정가스를 배출하는 배출관(320, 340, 360)과 방출관(420, 440, 460)은 동일한 펌프(392, 394, 396)에 의해 연결될 수 있다. 이는 방출관(420, 440, 460)과 공정 챔버(100)의 배기관(140)이 서로 상이한 펌프(120a)에 연결될 뿐 아니라, 배출관 (320, 340, 360) 및 방출관 (420, 440, 460)을 통해 각 펌프(392, 394, 396)로 유입되는 공정가스가 동일하므로 펌프(392, 394, 396) 내에 공정 가스가 증착되는 것을 방지할 수 있고, 이와 동시에 사용되는 펌프의 수를 줄일 수 있다.
다음에는 도 5 내지 도 8을 참조하여, 공정 챔버(100)로 공정가스를 공급할 때와 공급관(220) 내부를 크리닝 할 때 밸브들(226, 228, 322, 522)과 질량 유량계(224)의 개폐 상태를 설명한다. 도 5 내지 도 8에 도시된 밸브들(226, 228, 322, 522) 및 질량 유량계(224)에서 내부가 빈 밸브(226, 228, 322, 522)는 열린 상태이고, 내부가 채워진 밸브는(226, 228, 322, 522)은 닫힌 상태이다. 화살표는 유체의 흐름 방향을 나타낸다. 도 5 내지 도 8에서는 불화 텅스텐 가스가 흐르는 공급관(220), 방출관(320), 그리고 배출관(420) 등 만을 도시하였다.
도 5는 불화 텅스텐 가스의 공급량이 안정화될 때까지 불화 텅스텐 가스가 방출관(420)을 통해 방출될 때 밸브 등(224, 226, 228, 322, 522)의 상태를 보여준 다. 도 5에 도시된 바와 같이 질량 유량계(224)와 제 1 저장부(222) 사이에 설치된 삼방 밸브(이하, 제 1 삼방 밸브)(226)는 제 1 저장부(222)와 질량 유량계(224)가 연통되도록 조절되고, 질량 유량계(224)와 공정 챔버(100) 사이에 설치된 삼방 밸브(이하, 제 2삼방 밸브)(228))는 질량 유량계(224)와 방출관(420)이 연통되도록 조절된다. 질소가스 공급관(520)에 설치된 개폐 밸브(522)는 닫혀진다.
도 6은 불화 텅스텐 가스가 공정 챔버(100)로 공급될 때 밸브 등(224, 226, 228, 322, 522)의 상태를 보여준다. 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 삼방 밸브(226)는 제 1 저장부(222)와 질량 유량계(224)가 연통되도록 조절되고, 제 2 삼방 밸브(228)는 질량 유량계(224)와 공정 챔버(100)가 연통되도록 조절되며, 질소가스 공급관(520)에 설치된 개폐 밸브(522)는 열린다.
도 7은 제 1 공급관(220)의 크리닝 영역 내부에 잔류하는 불화 텅스텐 가스가 제거될 때의 밸브 등(224, 226, 228, 322, 522)의 상태를 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이 질량 유량계(224)가 닫히고, 제 1 삼방밸브(226)는 제 1 공급관(220)의 크리닝 영역이 제 1 배출관(320)과 연통되도록 조절된다. 방출관(420)에 설치된 삼방밸브(이하, 제 3삼방밸브)(228)는 펌프(390)와 크리닝 영역이 연통되도록 조절된다.
도 8은 제 1 공급관(220)의 크리닝 영역과 제 1 배출관(320) 내부가 퍼지될 때의 밸브 등(224, 226, 228, 322, 522)의 상태를 보여준다. 도 8에 도시된 바와 같이 질량 유량계(224)가 닫히고, 제 1 삼방밸브(226)는 제 1 공급관(220)의 크리닝 영역이 제 1 배출관(320)과 연통되도록 조절되고, 제 3 삼방밸브(322)는 크리닝 영역이 퍼지가스 공급관과 연통되도록 조절된다.
상술한 예에서는 기판 상에 질화 텅스텐 막을 증착하는 공정을 수행하는 장치에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 쉽게 반응이 일어나는 복수의 공정가스들을 공정 챔버로 공급하는 가스 공급부를 가지는 장치에 모두 적용 가능하다.
본 발명에 의하면, 공급관 내에 잔류하는 공정가스를 제거하고 공급관 내부를 퍼지할 때, 반응이 잘 이루어지는 공정가스들은 서로 분리된 배출관 또는 상이한 펌프에 의해 배출되므로, 공정가스들이 서로 반응하여 공급관 내 또는 질량 유량계 내에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공급유량이 정상화될 때까지 공급관으로부터 공정가스들이 방출되는 방출관에 연결되는 펌프가 공정챔버에 연결되는 펌프와 상이하므로 공정 챔버와 연결되는 펌프가 방출관을 통해 방출되는 공정가스들에 의해 오동작되는 것을 방지할 수 있다.
Claims (18)
- 기판 상에 질화 텅스텐을 증착하는 장치에 있어서,공정 챔버와;상기 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부와;상기 가스 공급부 내에 잔류하는 가스를 배기하는 배출부와; 그리고상기 배출부와 연결되어 상기 가스 공급부 내를 세정하도록 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 구비하되,상기 가스 공급부는 제 1 저장부로부터 불화 텅스텐 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 1 유량 조절기가 설치된 제 1 공급관, 제 2 저장부로부터 암모니아 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 2 유량 조절기가 설치된 제 2 공급관, 그리고 제 3 저장부로부터 수소화붕소 가스 또는 사일렌 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 3 유량 조절기가 설치된 제 3 공급관을 가지고,상기 배출부는 상기 제 1 공급관으로부터 분기되며 흡입부에 연결되는 제 1 배출관, 상기 제 2 공급관으로부터 분기되며 상기 흡입부에 연결되는 제 2 배출관, 그리고 상기 제 3 공급관으로부터 분기되며 상기 흡입부에 연결되는 제 3 배출관을 가지며,상기 제 1 배출관은 상기 제 2 배출관 및 상기 제 3 배출관과 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 흡입부는 복수의 펌프들을 포함하되,상기 제 1 배출관이 연결되는 펌프는 상기 제 2 배출관 또는 상기 제 3 배출관이 연결되는 펌프와 상이한 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 배출관은 상기 제 3 배출관과 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 배출관은 상기 제 1 저장부와 상기 제 1 유량 조절기 사이에서 상기 제 1 공급관으로부터 분기되며, 상기 제 1 공급관이 분기되는 지점에는 상기 제 1 유량 조절기가 상기 제 1 저장부 또는 상기 제 1 배출관 중 선택된 어느 하나와 연결되도록 하는 제 1 밸브가 설치되고,상기 제 2 배출관은 상기 제 2 저장부와 상기 제 2 유량 조절기 사이에서 상기 제 2 공급관으로부터 분기되며, 상기 제 2 공급관이 분기되는 지점에는 상기 제 2 유량 조절기가 상기 제 2 저장부 또는 상기 제 2 배출관 중 선택된 어느 하나와 연결되도록 하는 제 2 밸브가 설치되고,상기 제 3 배출관은 상기 제 3 저장부와 상기 제 3 유량 조절기 사이에서 상기 제 3공급관으로부터 분기되며, 상기 제 3 공급관이 분기되는 지점에는 상기 제 3 유량 조절기가 상기 제 3 저장부 또는 상기 제 3 배출관 중 선택된 어느 하나와 연결되도록 하는 제 3 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 퍼지가스 공급부는,상기 제 1 배출관, 상기 제 2 배출관, 그리고 상기 제 3 배출관에 각각 연결되며 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 기판 상에 질화 텅스텐을 증착하는 장치에 있어서,공정 챔버와;상기 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부와;상기 가스 공급부 내에 잔류하는 가스를 배기하는 배출부와; 그리고초기에 상기 가스 공급부로 공급되는 공정 가스를 방출시키는 방출부를 포함하되,상기 가스 공급부는 제 1 저장부로부터 불화 텅스텐 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 1 유량 조절기가 설치된 제 1 공급관, 제 2 저장부로부터 암모니아 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 2 유량 조절기가 설치된 제 2 공급관, 그리고 제 3 저장부로부터 수소화붕소 가스 또는 사일렌 가스를 상기 공정 챔버로 공급하며 제 3 유량 조절기가 설치된 제 3 공급관을 가지고,상기 배출부는 상기 제 1 공급관으로부터 분기되며 흡입부에 연결되는 제 1 배출관, 상기 제 2 공급관으로부터 분기되며 상기 흡입부에 연결되는 제 2 배출관, 그리고 상기 제 3 공급관으로부터 분기되며 상기 흡입부에 연결되는 제 3 배출관을 가지되, 상기 제 1 배출관은 상기 제 2 배출관 및 상기 제 3 배출관과 분리되고,상기 방출부는,상기 제 1 유량 조절기와 상기 공정 챔버 사이에서 상기 제 1 공급관과 연결되며 펌프가 설치되는, 그리고 초기에 설정 기간 동안 상기 제 1 공급관을 통해 공급되는 불화 텅스텐 가스를 외부로 방출하는 제 1 방출관과;상기 제 2 유량 조절기와 상기 공정 챔버 사이에서 상기 제 2 공급관과 연결되며 펌프가 설치되는, 그리고 초기에 설정 기간 동안 상기 제 2 공급관을 통해 공급되는 암모니아 가스를 외부로 방출하는 제 2 방출관과;상기 제 3 유량 조절기와 상기 공정 챔버 사이에서 상기 제 3 공급관과 연결되며 펌프가 설치되는, 그리고 초기에 설정 기간 동안 상기 제 3 공급관을 통해 공급되는 수소화 붕소가스 또는 사일렌 가스를 외부로 방출하는 제 3 방출관을 포함하되, 상기 제 1 방출관, 상기 제 2 방출관, 또는 상기 제 3 방출관에 연결되는 펌프는 상기 공정 챔버와 연결되는 펌프와 상이한 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 제 6항에 있어서,상기 방출관들에 연결되는 펌프는 동일한 공정 가스를 배출하는 상기 배출관에 연결되는 펌프와 동일한 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 기판 상에 질화 텅스텐 막을 증착하는 방법에 있어서,복수의 공급관들을 통해 수소화 붕소 가스와 사일렌 가스 중 적어도 어느 하나의 가스, 불화 텅스텐 가스, 그리고 암모니아 가스를 포함하는 공정 가스를 공정 챔버로 공급하여 기판 상에 질화 텅스텐 막을 형성하고, 상기 공급관 내에 잔류하는 가스를 제거하는 과정을 포함하되,상기 공급관들 중 불화 텅스텐 가스를 공급하는 공급관 내에 잔류하는 가스의 제거는 암모니아 가스를 공급하는 공급관에 연결되는 배출관 및 수소화 붕소 가스 또는 사일렌 가스를 공급하는 공급관에 연결되는 배출관과 분리 배치되며, 상기 불화 텅스텐 가스를 공급하는 공급관으로부터 분기된 배출관을 통해 이루어지며,상기 공급관들 내부는 상기 배출관을 통해 공급되는 퍼지 가스에 의해 세정되는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 삭제
- 제 8항에 있어서,상기 공급관들 중 불화 텅스텐 가스를 공급하는 공급관 내에 잔류하는 가스의 제거는 상기 수소화 붕소 가스 또는 상기 사일렌 가스를 제거하기 위해 사용되는 펌프 및 상기 암모니아 가스를 제거하기 위해 사용되는 펌프와 상이한 펌프를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 8항에 있어서,상기 방법은 상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하기 전에 설정 기간 동안 방출관을 통해 방출하는 과정을 더 포함하되,상기 공정 가스의 방출은 상기 공정 챔버와 연결된 펌프와 상이한 펌프를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 11항에 있어서,상기 공정 가스의 방출은 동일한 공정가스를 배출하는 상기 배출관과 연결되는 펌프에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 기판 상에 박막을 증착하는 장치에 있어서,공정 챔버와;상기 공정 챔버로 공정 가스를 공급하는, 그리고 공정가스의 유량을 조절하는 유량 조절기가 각각 설치된 복수의 공급관들과; 그리고각각의 상기 공급관에 연결되며 상기 공급관 내에 잔류하는 가스를 배출하는, 그리고 흡입부에 연결되며 서로 분리되도록 배치된 배출관들과;상기 유량 조절기에 의해 조절된 유량이 안정화되기까지 상기 공급관으로부터 공정 가스를 방출하기 위해 각각의 상기 공급관과 연결되는 방출관들을 포함하되,상기 배출관은 공정가스 저장부와 상기 유량 조절기 사이 위치에서 상기 공급관으로 분기되고, 상기 공급관에는 상기 유량 조절기가 상기 공정가스 저장부 또는 상기 배출관과 선택적으로 연결되도록 하는 밸브가 설치되며,상기 방출관들과 연결되는 펌프는 상기 공정 챔버와 연결되는 펌프와 상이한 것을 특징으로 하는 증착 장치.
- 제 17항에 있어서,상기 흡입부는 상기 배출관에 연결되는 펌프를 포함하고,상기 방출관들은 동일한 공정 가스를 배출하는 상기 배출관과 연결되는 상기 펌프에 연결되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
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