KR101072471B1 - 전구체 공급장치 및 이를 포함하는 박막증착시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액상 전구체가 저장된 전구체 탱크, 액상 전구체를 기화시키는 기화기 및 전구체 탱크로부터의 액상 전구체를 기화기로 이송하는 액상 전구체 이송라인을 포함하고, 액상 전구체 이송라인은 기화기와 접속되는 말단에 이송되는 액상 전구체를 기화기 내로 분사하는 오리피스가 마련됨과 아울러 말단 부분에 이 말단 부분의 내주를 오리피스 측으로 갈수록 축소시키는 축소부가 형성된 전구체 공급장치 및 이 장치를 포함하는 박막증착시스템을 제공한다.

기판, 기화기, 박막 증착, 반도체, 웨이퍼, 전구물질, 전구체

Description

전구체 공급장치 및 이를 포함하는 박막증착시스템{Apparatus for Supplying Precursor and System for Depositing Thin Film with the Same}

본 발명은 박막증착장치에 기상 전구체를 제공하는 전구체 공급장치 및 이를 포함하는 박막증착시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체용 웨이퍼나 평판표시소자용 글라스와 같은 기판 등의 박막증착에는 박막증착장치가 이용되는데, 이 장치는 증착대상의 증착공정을 위한 공간을 한정하는 공정챔버를 포함하고, 이 공정챔버는 기상 전구체 등을 제공받아 내부의 증착공간에 플라즈마를 형성, 증착대상에 박막을 증착한다. 이 때, 기상 전구체는 전구체 공급장치로부터 제공받는데, 이 전구체 공급장치는 전구체 탱크, 전구체 이송라인, 기화기 등으로 이루어지고, 이 중 전구체 탱크에는 액상 전구체가 저장되고, 이 액상 전구체는 전구체 이송라인을 따라 흐르며, 기화기는 이 전구체 이송라인 상에 설치되어 액상 전구체를 기화시킨다. 그리고 기화기와 이 기화기로 액상 전구체를 이송하는 전구체 이송라인의 사이에는 와류형성부재가 구비되는데, 이 와류형성부재는 액상 전구체에 와류를 발생시켜 기화기에서 이 액상 전구체의 기화가 효과적으로 이루어지게 한다.

증착공정에서, 가장 빈번하게 발생되는 문제 중 하나는 기상 전구체 등의 과도한 반응에 따른 파티클(particle) 등의 생성이나 미(未)반응으로 인한 증착 박막의 특성저하이고, 이 문제점의 원인으로는 공정챔버로 이송 중인 기상 전구체가 상변화로 응축되어 전구체 이송라인이 부분적으로 폐색되거나 공정챔버에 액체방울의 상태로 공급되는 점을 들 수 있다. 이처럼 증착공정에서는 기상 전구체가 응축되는 것을 방지하는 것이 결점방지 면에서 매우 중요한 인자로 작용하는바, 현재에도 전구체를 정확히 제어하고 효과적으로 기화시키기 위한 노력이 계속되고 있다.

기상 전구체의 응축을 방지하려면, 전구체 이송라인의 관로에 전구체를 정체시키는 등 이 전구체의 흐름을 방해하는 사각지대(dead zone)가 최소화되도록 설계하여야 한다. 전구체 이송라인의 관로에서 사각지대를 없애려면 와류형성부재를 제거하여야 하는데, 와류형성부재를 적용하지 않으면 액상 전구체에 대한 기화기에서의 기화가 비효과적으로 이루어지므로 마찬가지의 문제가 발생된다.

본 발명의 목적은 전구체가 상변화로 응축되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 전구체 공급장치 및 이를 포함하는 박막증착시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 액상 전구체를 기화시켜 증착공정을 행하는 공정챔버 내에 기상 전구체를 제공하는 기화기와; 액상 전구체를 상기 기화기로 이송하는 액상 전구체 이송라인을 포함하고, 상기 액상 전구체 이송라인은 상기 기화기와 연결되는 말단에 액상 전구체를 상기 기화기 내로 분사하는 오리피스가 마련됨과 아울러, 상기 말단 부분에 이 말단 부분의 내주를 상기 오리피스 측으로 갈수록 축소시키는 축소부가 형성된 전구체 공급장치가 제공된다.

여기에서, 상기 축소부는 유선형 구조를 가지도록 곡면으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 축소부는 상기 오리피스의 중심을 기준으로 비대칭 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 또, 상기 오리피스는 편심 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전구체 공급장치는 상기 액상 전구체 이송라인을 가열하는 가열수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 내부의 증착공간에서 증착공정을 행하는 공정챔버와; 상기 공정챔버 내에 기상 전구체를 제공하는 것으로서 위에 기재된 바와 같은 전구체 공급장치와; 상기 전구체 공급장치로부터의 기상 전구체를 상기 공정챔버로 운반하는 캐리어가스를 제공하는 캐리어가스 공급장치를 포함하는 박막증착시스템이 제공된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 설명함에 있어, 참조하는 도면에 도시된 구성 요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의를 위하여 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 이러한 용어에 대한 정의는 이 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 1은 본 발명에 따른 박막증착시스템이 도시된 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착시스템은 박막증착장치(10)와 전구체 공급장치(20)와 캐리어가스 공급장치(30)를 포함한다.

증착대상(예를 들어, 반도체용 웨이퍼나 평판표시소자용 글라스와 같은 기판 등)에 박막을 증착하는 박막증착장치(10)는 증착공정을 위한 공간을 한정하는 공정챔버(11), 이 공정챔버(11)의 내부인 증착공간의 상하에 대향하도록 구비된 상, 하부전극 어셈블리(도시되지 않음), 공정챔버(11)의 내부공간을 진공분위기로 조성하는 진공펌프(12)를 포함한다. 참고로, 상부전극 어셈블리는 샤워헤드(shower head)를 포함할 수 있는데, 이 샤워헤드는 전구체와 캐리어가스 공급장치(20)(30)로부터 전구체와 캐리어가스를 제공받아 공정챔버(11)의 증착공간으로 분출한다. 하부전극 어셈블리는 그 위에 증착대상이 놓이는 스테이지로서 기능할 수 있다.

전구체 공급장치(20)는 액상 전구체가 저장된 전구체 탱크(21), 액상 전구체를 기화시키는 기화기(22), 전구체 탱크(21)에 저장된 액상 전구체를 기화기(22)로 이송하는 액상 전구체 이송라인(23), 기화기(22)에서 기화된 기상 전구체를 공정챔 버(11)로 이송하는 기상 전구체 이송라인(24), 액상 전구체 이송라인(23)을 가열하는 가열수단(25)을 포함한다.

전구체 탱크(21)에 저장된 액상 전구체는 펌프와 같은 공지의 가압수단(도시되지 않음)에 의하여 액상 전구체 이송라인(23)을 따라 기화기(22)로 이송되고, 기화기(22)로부터의 기상 전구체는 기상 전구체 이송라인(24)을 따라 공정챔버(11)로 이송된다.

도 2는 도 1의 A 부분이 도시된 확대도이고, 도 3은 이 도 2의 B-B선 단면도이다. 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 전구체 탱크(21)와 기화기(22)를 연결하는 액상 전구체 이송라인(23)은 통상의 파이프 구조를 가지되, 기화기(22)와의 접속 부분인 말단은 액상 전구체가 기화기(22)로 분사되는 구조로 형성된다. 즉, 액상 전구체 이송라인(23)의 말단은 통상적인 파이프 구조와 달리 폐쇄되어 있되, 액상 전구체가 분사되는 오리피스(23a)를 가지는 것이다. 이 때, 이 오리피스(23a)는 액상 전구체 이송라인(23)의 말단을 오므려서 마련할 수도 있다.

액상 전구체 이송라인(23)의 말단 부분에는 이 말단 부분의 내주를 축소시키는 축소부(23b)가 마련되는데, 이 축소부(23b)는 액상 전구체 이송라인(23)의 말단에 위치한 오리피스(23a) 측으로 갈수록 축소되는 구조로 형성된다. 이러한 축소부(23b)에 따르면, 액상 전구체 이송라인(23)의 관로를 따라 이송되는 액상 전구체는 정체됨이 없이 오리피스(23a) 측으로 자연스럽게 흐르게 된다. 즉, 액상 전구체 이송라인(23)의 관로에 전구체의 흐름을 방해하는 사각지대가 없도록 한 것이다.

이와 같은 축소부(23b)는 액상 전구체의 흐름이 보다 자연스럽게 이루어지도 록 만곡한 곡면으로 구성되는데, 이 축소부(23b)를 구성하는 곡면은 축소부(23b)가 유선형 구조를 가질 수 있도록 형성된다.

축소부(23b)의 곡면은 축소부(23b)가 오리피스(23a)의 중심을 기준으로 비대칭 구조를 가지도록 형성된다. 즉, 오리피스(23a)의 중심으로 기준으로 할 때 축소부(23b)의 한쪽과 그 반대쪽 형상이 다르도록 형성한 것이다. 이 비대칭 구조에 따르면, 액상 전구체 이송라인(23)의 관로를 따라 이송되는 액상 전구체는 와류를 형성하면서 오리피스(23a) 측으로 흐르게 된다.

오리피스(23a)는 액상 전구체 이송라인(23)의 말단 중앙에 위치될 수도 있으나, 여기에서는 말단의 중앙에 배치하지 않고 한쪽으로 치우쳐 있도록 편심 배치하였다. 이 편심구조는 액상 전구체 이송라인(23)의 관로를 따라 이송되는 액상 전구체에 보다 복잡한 와류를 발생시킨다.

액상 전구체 이송라인(23)을 따라 흐르는 액상 전구체는 축소부(23b)의 유선형 구조에 의한 자연스러운 흐름 및 비대칭 구조에 의한 와류작용으로 응축됨이 없이 오리피스(23a)를 통하여 기화기(22)로 분무되고, 이후 기화기(22)에서 효과적으로 기화된다. 즉, 축소부(23b)의 유선형 및 비대칭 구조가 기화기(22)의 작용을 도와 액상 전구체가 양호하게 기화되는 것이고, 이에 따라 공정챔버(11)의 내에 양질의 기상 전구체가 공급되어 이 기상 전구체의 과도한 반응이나 미반응을 방지할 수 있다.

가열수단(25)은 액상 전구체 이송라인(23)에 감겨 액상 전구체 이송라인(23)에 60~150℃의 열을 가하는 열선을 포함한다. 이 같은 가열수단(25)은 액상 전구체 이송라인(23)을 따라 흐르는 액상 전구체의 고형을 방지한다.

캐리어가스 공급장치(30)는 캐리어가스가 저장된 캐리어가스 탱크(31) 및 이 캐리어가스 탱크(31)로부터의 캐리어가스를 기화기(22)로 이송하는 캐리어가스 이송라인(32)을 포함한다.

캐리어가스 탱크(31)로부터 기화기(22)로 이송된 캐리어가스는 기상 전구체 이송라인(24)을 따라 기상 전구체와 함께 이송, 공정챔버(11)의 내부에 공급된다.

도시된 바는 없으나, 기상 전구체 이송라인(24)도 위의 가열수단(25)과 같은 수단에 의하여 가열될 수 있다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 박막증착시스템이 도시된 구성도이다.

도 2는 도 1의 A 부분이 도시된 확대도이다.

도 3은 도 2의 B-B선 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 박막증착장치 11 : 공정챔버

20 : 전구체 공급장치 21 : 전구체 탱크

22 : 기화기 23 : 액상 전구체 이송라인

23a : 오리피스 23b : 축소부

24 : 기상 전구체 이송라인(24) 25 : 가열수단

30 : 캐리어가스 공급장치

Claims (6)

1. 액상 전구체를 기화시켜 증착공정을 행하는 공정챔버 내에 기상 전구체를 제공하는 기화기와; 액상 전구체를 이 기화기로 이송하는 액상 전구체 이송라인을 포함하고,

   상기 액상 전구체 이송라인은 상기 기화기와 연결되는 말단에 액상 전구체를 상기 기화기 내로 분사하는 오리피스가 마련됨과 아울러, 상기 말단 부분에 이 말단 부분의 내주를 상기 오리피스 측으로 갈수록 축소시키는 축소부가 형성되며,

   상기 축소부는 상기 오리피스의 중심을 기준으로 비대칭 구조를 가지도록 형성된 전구체 공급장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 축소부는 유선형 구조를 가지도록 곡면으로 구성된 전구체 공급장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 오리피스는 편심 배치된 전구체 공급장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 액상 전구체 이송라인을 가열하는 가열수단을 더 포함하는 전구체 공급장치.
6. 내부의 증착공간에서 증착공정을 행하는 공정챔버와;

   상기 공정챔버 내에 기상 전구체를 제공하는 것으로서 청구항 1에 기재된 전구체 공급장치와;

   상기 전구체 공급장치로부터의 기상 전구체를 상기 공정챔버로 운반하는 캐리어가스를 제공하는 캐리어가스 공급장치를 포함하는 박막증착시스템.

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