KR101161020B1 - 원자층 성장 장치 - Google Patents

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미쯔이 죠센 가부시키가이샤
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Abstract

기상에 의한 막의 성장을 수행하는 성막 챔버(101), 성막 챔버(101)의 내부에 배치된 가열 기구를 구비한 기판대(102), 배기 기구(104)를 구비한다. 또한, 원료 기화기(151), 2개의 버퍼 탱크A(152a) 및 버퍼 탱크B(152b), 버퍼 탱크A(152a)의 충전 밸브A(153a) 및 공급 밸브A(154a), 버퍼 탱크B(152b)의 충전 밸브B(153b) 및 공급 밸브B(154b), 도입 제어부(155) 및 각각의 밸브의 개폐를 제어하는 제어부(156)로 구성된 원료 공급부(105)를 구비한다.
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성막 챔버, 기판대, 배기 기구, 버퍼 탱크, 충전 밸브, 공급 밸브, 원료 공급부, 원자층 성장 장치

Description

원자층 성장 장치{ATOMIC LAYER GROWING APPARATUS}
본 발명은, 원자층 및 분자층 단위로 박막의 형성이 가능한 원자층 성장 장치에 관한 것이고, 특히, 압력 등이 안정된 상태로 원료 가스의 공급이 가능한 원자층 성장 장치에 관한 것이다.
최근 대 면적의 기판 위에 균일한 박막을 재현성 좋게 형성하는 기술로서 원자층 성장(Atomic Layer Deposition: ALD) 법이 이용되고 있다 (문헌 1: 특개 평05-186295호 공보). 원자층 성장 방법은, 형성하려고 하는 막을 구성하는 각 원소의 원료를 기판에 교대로 공급하는 것으로써, 원자층 단위로 박막을 형성하는 기술이다. 원자층 성장 방법에서는, 각 원소의 원료를 공급하고 있는 동안에 1층 혹은 n층만을 표면에 흡착시켜, 여분의 원료가 성장에 기여시키지 않게 하고 있다. 이것을, 성장의 자기 정지 작용이라고 한다. 원자층 성장 방법에서는, 플라즈마를 이용하지 않기 때문에, 고품질의 막을 형성할 수 있다. 또, 원자층 성장 방법에서는, 예컨대 300℃정도로 처리의 온도를 높게 할 필요가 없고, 유리 기판 위에서도 절연막을 형성할 수 있는 등, 적용 범위가 넓다고 하는 특징을 가지고 있다.
이러한 특징을 구비한 원자층 성장 방법을 실현하기 위한 원자층 성장 장치는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기상에 의한 막의 성장을 행하는 성막 챔버(301), 성막 챔버(301)의 내부에 배치된 가열 기구를 구비한 기판대(302), 및 배기 기구(304)를 구비한다. 또, 이 원자층 성장 장치는, 원료 기화기(351)와 버퍼 탱크(352)로 구성되는 원료 공급 기구(305), 및 퍼지 가스 공급부(307)를 구비하고 있다.
도 3에 도시된 장치에서는, 처리 대상의 기판(303)을 기판대(302) 위에 로딩하고, 성막 챔버(301)가 밀폐된 상태로 한 후, 기판대(302)의 가열 기구에 의해 기판(303)을 소정 온도로 가열한 상태로, 원료 공급 기구(305)에 의한 소정의 가스의 공급, 배기 기구(304)에 의한 배기, 퍼지 가스 공급부(307)에 의한 퍼지 가스의 공급에 의한 퍼지, 그리고 배기 기구(304)에 의한 배기를 반복함으로써, 원하는 박막이 형성된 상태로 하고 있다.
여기서, 원자층 성장 장치에 의한 절연막의 형성에 이용되는 원료(유기 금속재료)는, 20°C의 대기압 정도의 상태에서는 액체이다. 이 때문에, 원료 공급 기구(305)에서는, 액체 상태의 원료를 원료 기화기(351)에 의해 기화하고 기화한 원료를 성막 챔버(301)의 내부에 공급하고 있다. 또, 원료 공급 기구(305)에서는, 버퍼 탱크(352)를 이용하여 압력의 변동 등이 억제된 상태로, 성막 챔버(301)에 원료 가스를 공급하고 있다. 성막 챔버(301)에 원료 가스를 공급하는 단계에서는, 버퍼 탱크(352)의 충전 밸브(353)를 닫은 상태로, 성막 챔버(301)의 공급 밸브(354)를 개방하고 있다. 이와 같이 제어하는 것으로, 원료 기화기(351)로부터의 원료 가스가 직접 흐르는 것에 의한 압력의 변동을 억제할 수 있다.
그러나, 퍼지 시간이나 배기 시간의 단축 등에 의해, 보다 짧은 사이클로 원자층 성장을 하게 되는 가운데, 상술한 종래의 기술에서는, 이하에 기술하는 바와 같이, 원료 기화기(351)에 의한 원료 가스의 공급 능력을 모두 살리지 못하고, 원료 가스의 공급이 부족하게 되는 경우가 발생한다.
원료 가스의 공급에 대해서는, 우선, 공급 밸브(354)가 닫혀져 충전 밸브(353)가 개방된 상태로, 원료 기화기(351)에 의해 생성된 원료 가스가 버퍼 탱크(352)에 충전된다. 다음에, 충전 밸브(353)가 닫혀진 상태로 하고, 공급 밸브(354)가 개방된 상태로 하여 버퍼 탱크(352)로부터 원료 가스가 공급된 상태로 한다. 따라서, 버퍼 탱크(352)에 원료 가스를 충전하는 동안, 성막 챔버(301)에 원료 가스의 공급을 할 수 없다. 여기서, 원자층 성장의 각 사이클 안에서, 원료 가스의 공급이 정지되고 있는 동안, 버퍼 탱크(352)로 원료 가스의 충전을 실시하도록 하면, 성막 챔버(301)에 대해서는, 필요한 단계에서 안정된 원료 가스의 공급이 가능해진다.
그러나, 전술한 바와 같이, 보다 짧은 사이클로 원자층 성장을 하면, 원료 가스의 공급이 정지되는 시간이 단축되어 버퍼 탱크(352)에 원료 가스의 충전이 완료되지 않은 단계에서, 원료 가스의 공급 과정이 개시되게 된다. 이러한 상태에서는, 원료 가스의 공급 과정의 전시간에 있어, 원료 가스가 공급되지 않게 된다. 이와 같이, 도 3에 도시된 종래의 장치에서는, 원자층 성장의 각 사이클을 짧게 하면, 안정된 원료 가스의 공급을 할 수 없는 경우가 발생하였다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것이고, 원자층 성장에 있어서의 원료 가스 공급 과정이 단축되어도, 보다 안정적으로 원료 가스를 공급할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 원자층 성장 장치는, 밀폐 가능한 내부 공간을 구비한 성막 챔버와 원료를 기화시킴으로써 원료 가스를 생성하는 원료 기화 수단과 원료 기화 수단이 생성한 원료 가스가 충전되는 복수의 버퍼 탱크와 각각의 버퍼 탱크에 설치되어 원료 기화 수단이 생성한 원료 가스의 충전을 제어하는 충전 밸브와 각각의 버퍼 탱크로부터의 원료 가스의 공급을 제어하는 공급 밸브와 각각의 충전 밸브 및 각각의 공급 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단을 적어도 구비하고 제어 수단은, 적어도 1개의 버퍼 탱크의 공급 밸브를 열어 원료 가스를 성막 챔버에 공급하고 있는 상태로, 공급 밸브를 열지 않은 다른 버퍼 탱크의 충전 밸브를 열어 원료 가스의 충전을 실시하도록 제어하도록 한 것이다.
이 장치에 의하면, 원료 가스 기화 수단과 성막 챔버가 연통되지 않는 상태로, 성막 챔버에 항상 원료 가스가 공급되고 있는 상태를 얻을 수 있다.
상기 원자층 성장 장치에 있어서, 제어 수단은, 충전 밸브를 개방함으로써 원료 가스가 충전된 버퍼 탱크의 공급 밸브를 닫고, 원료 가스가 하한 규정치를 넘어 충전되고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브를 열어 원료 가스를 성막 챔버에 공급하도록 제어할 수 있다.
또, 상기 원자층 성장 장치는 각각의 버퍼 탱크로부터 공급된 원료 가스의 성막 챔버로의 주입을 제어하는 도입 제어 밸브를 더 포함하고, 제어 수단은, 도입 제어 밸브를 여는 것과 동시에, 적어도 1개의 버퍼 탱크의 공급 밸브를 열어 원료 가스를 공급하고 있는 상태로, 공급 밸브를 열지 않은 다른 버퍼 탱크의 충전 밸브를 열어 원료 가스의 충전을 실시하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어 수단은, 충전 밸브를 열어 원료 가스를 충전하고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브는 닫고, 원료 가스가 하한 규정치를 넘어 충전되고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브를 연 상태로, 도입 제어 밸브를 열도록 제어할 수 있다. 본 장치에 따르면, 원료 가스 기화 수단과 성막 챔버가 연통되는 상태가 없고, 성막 챔버에 원료 가스를 공급하고 있는 버퍼 탱크는, 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 항상 하한 규정치를 넘는다.
(발명의 효과)
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 버퍼 탱크를 이용하여, 예컨대, 충전 밸브를 열어 원료 가스를 충전하고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브는 닫고, 원료 가스가 하한 규정치를 넘어 충전되고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브를 연 상태로, 도입 제어 밸브를 여는 등, 적어도 1개의 버퍼 탱크의 공급 밸브를 열어 원료 가스를 성막 챔버에 공급하고 있는 상태로, 공급 밸브를 열지 않은 다른 버퍼 탱크의 충전 밸브를 열어 원료 가스의 충전을 하도록 했으므로, 원자층 성장에 있어서의 원료 가스 공급 과정이 단축되어도 보다 안정적으로 원료 가스를 공급할 수 있게 된다는 우수한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 원자층 성장 장치의 구성 예를 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 제어부(156)에 의한 각 밸브의 제어 예를 나타내는 타이밍 차트,
도 3은 종래의 원자층 성장 장치의 구성 예를 나타내는 구성도, 및
도 4는 도 1에 도시된 제어부(156)에 의한 각 밸브의 제어 예를 나타내는 타이밍 차트.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 성장 장치의 구성 예를 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 본 실시예의 원자층 성장 장치는, 우선, 기상에 의한 막의 성장을 행하는 성막 챔버(101), 성막 챔버(101)의 내부에 배치된 가열 기구를 구비한 기판대(102), 배기 기구(104)를 포함한다. 성막 챔버(101)는, 밀폐 가능한 내부 공간을 구비하여 그 내부 공간내에 기판대(102)를 수용한다. 또한 원자층 성장 장치는 원료 기화기(151), 2개의 버퍼 탱크, 즉 버퍼 탱크A(152a) 및 버퍼 탱크B(152b), 버퍼 탱크A(152a)의 충전 밸브A(153a) 및 공급 밸브A(154a), 버퍼 탱크B(152b)의 충전 밸브B(153b) 및 공급 밸브B(154b), 도입 제어 밸브(155), 및 각 밸브의 개폐를 제어하는 제어부(156)를 포함하는 원료 공급부(105)를 구비한다. 또, 본 실시 예의 원자층 성장 장치는, 성막 챔버(101)에 아르곤이나 질소등의 비활성 가스로 형성된 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부(107)를 포함한다.
원료 기화기(151)는 예컨대 아미노실란 등의 유기 금속재료를 수용하고 수용하고 있는 유기 금속재료를 가열하여 기화시킴으로써 원료 가스를 생성하도록 하고 있다. 이와 같이 하여 생성된 원료 가스는, 우선, 버퍼 탱크A(152a) 및 버퍼 탱크B(152b)에 충전된다. 이후, 버퍼 탱크A(152a)에 충전된 원료 가스 및 버퍼 탱크B(152b)에 충전된 원료 가스가 교대로 성막 챔버(101)에 공급된다. 이러한 버퍼 탱크에의 충전 및 버퍼 탱크로부터의 공급의 제어는 제어부(156)에 의한 충전 밸브A(153a), 공급 밸브A(154a), 충전 밸브B(153b), 공급 밸브B(154b), 및 도입 제어 밸브(155)의 개폐 제어에 의해 행해진다.
이하, 제어부(156)에 의한 각 밸브의 제어 예 및 원료 가스의 공급 동작 예에 대해 도 1 의 구성도 및 도 2의 타이밍 차트를 이용하여 설명한다. 초기 단계에서는, 버퍼 탱크A(152a)에 원료 가스가 충전되고 있는 상태로 한다. 이 상태에서는, 제어부(156)는 충전 밸브A(153a), 공급 밸브A(154a), 충전 밸브B(153b), 공급 밸브B(154b), 및 도입 제어 밸브(155)의 전부를 닫고 있다. 이 상태로 시각(t0)에서 원자층 성장의 원료 가스 공급 과정이 개시되면 제어부(156)는 공급 밸브A(154a) 및 도입 제어 밸브(155)를 열어 버퍼 탱크A(152a)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태로 한다. 또한, 동시에 제어부(156)는 충전 밸브B(153b)를 열어 버퍼 탱크B(152b)에 원료 가스가 충전되는 상태로 한다. 다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t1)이 되면 제어 부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 닫는다. 다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t2)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 연다. 또한, 시각(t2)에서 버퍼 탱크B(152b)에 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 상한 규정치가 되면 제어부(156)는 충전 밸브B(153b)를 닫는다. 다음에, 이 원료 공급 과정 중 시각 t2'에서 버퍼 탱크A(152a)에서의 원료 가스의 압력이 하한 규정치보다 낮은 상태로 되고 따라서 제어부(156)는 공급 밸브A(154a)를 닫고 충전 밸브A(153a) 및 공급 밸브B(154b)를 연다. 이것에 의해 버퍼 탱크B(152b)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태가 된다.
다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t3)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 닫는다. 다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t4)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 연다. 이 원료 가스 공급 과정 중 시각(t4')에서 버퍼 탱크A(152a)에 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 상한 규정치가 되면 제어부(156)는 충전 밸브A(153a)를 닫는다. 다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t5)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 닫는다. 이 시각(t5)에서 버퍼 탱크B(152b)내의 원료 가스의 압력이 하한 규정치보다 낮은 상태로 되기 때문에 제어부(156)는 공급 밸브B(154b)를 닫고 충전 밸브B(153b) 및 공급 밸브A(154a)를 연다.
다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t6)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 연다. 이것에 의해, 버퍼 탱크 A(152a)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태가 된다. 다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t7)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 닫는다.
다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t8)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 연다. 이 원료 공급 과정 중 시각(t8')에서 버퍼 탱크A(152a)내의 원료 가스의 압력이 하한 규정치보다 낮은 상태로 되기 때문에 제어부(156)는 공급 밸브A(154a)를 닫고 충전 밸브A(153a) 및 공급 밸브 B154b를 연다. 이것에 의해, 버퍼 탱크B(152b)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태가 된다.
다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t9)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 닫는다. 다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t10)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 연다. 이 원료 공급 과정 중 시각(t10')에 버퍼 탱크A(152a)에 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 상한 규정치로 되면 제어부(156)는 충전 밸브A(153a)를 닫는다.
다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t11)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 닫는다. 또, 이 시각(t11)에서 버퍼 탱크B(152b)내의 원료 가스의 압력이 하한 규정치보다 낮은 상태로 되기 때문에 제어부(156)는 공급 밸브B(154b)를 닫고 충전 밸브B(153b)를 및 공급 밸브A(154a)를 연다. 다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시 각(t12)이 되면 제어부(156)는 도입 제어 밸브(155)를 연다. 이것에 의해, 버퍼 탱크A(152a)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태가 된다. 덧붙여 상술한 원료 가스의 압력은 각 버퍼 탱크에 설치된 압력계(P)에 의해 측정하면 좋다.
본 실시예의 원자층 성장 장치에서는 처리 대상의 기판(103)을 기판대(102) 위에 로딩하여 성막 챔버(101)가 밀폐된 상태로 한 후 기판대(102)의 가열 기구에 의해 기판(103)을 소정 온도로 가열한 상태로 상술한 원료 가스 공급 과정과 퍼지 가스 공급부(107)에 의한 퍼지 가스의 공급 및 배기 기구 104에 의한 배기로 구성되는 퍼지 과정을 반복함으로써 원하는 박막이 형성된 상태로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 도 1에 도시된 본 실시예의 원자층 성장 장치에서는, 2개의 버퍼 탱크를 이용해 하나의 버퍼 탱크의 공급 밸브를 열어 원료 가스를 성막 챔버에 공급하고 있는 상태로, 공급 밸브를 열지 않은 한편의 버퍼 탱크의 충전 밸브를 열어 원료 가스의 충전을 실시하도록 했다. 예컨대, 2개의 버퍼 탱크를 이용해 충전 밸브를 열어 원료 가스를 충전하고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브는 닫아 원료 가스가 하한 규정치를 넘어 충전되고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브를 연 상태로 도입 제어 밸브를 열도록 했다. 이러한 각 밸브의 개폐의 제어는 제어부(제어 수단)의 제어에 의해 실시한다.
그 결과, 우선, 어느 상태에서도 원료 기화기(151)와 성막 챔버(101)가 연통되는 상태가 되지 않기 때문에 원료 기화기(151)로부터의 원료 가스가 직접 흐르는 것에 의한 압력의 변동이 억제된다. 또, 성막 챔버(101)에 원료 가스를 공급하고 있는 버퍼 탱크는 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 항상 하한 규정치를 넘은 상태로 할 수가 있다. 이 때문에 1개의 버퍼 탱크에 대한 원료 가스의 충전 시간보다 짧은 사이클로 원자층 성장을 하는 경우 이어도 도 2의 타이밍 차트에 나타낸 바와 같이 원료 가스 공급 과정에서는 항상 원료 가스가 성막 챔버(101)에 공급되는 상태가 된다. 또, 성막 챔버(101)에 항상 안정된 압력 상태로 원료 가스가 공급되는 상태를 얻을 수 있다.
또, 상술한 바와 같이 2개의 버퍼 탱크를 이용함으로써 원료 기화기(151)의 원료 가스의 생성 능력이 낭비되는 것을 억제할 수 있게 된다. 1개의 버퍼 탱크로 원료 가스의 공급을 실시하는 경우 원료 가스가 공급되고 있는 동안 원료 가스의 충전이 정지되므로, 도 2에 도시된 예의 경우 전 프로세스의 반을 차지하는 원료 공급 과정 동안 원료 기화기(151)의 생성 능력이 낭비된다. 이와 달리 2개의 버퍼 탱크로 원료를 공급하는 경우 도 2의 "충전 상태"로 나타낸 바와 같이 원료 가스의 충전이 정지되고 있을 시간이 원료 공급 과정보다 짧아져 원료 기화기(151)에서의 원료 가스의 생성 능력의 낭비가 억제되는 상태가 된다.
그런데, 상술에서는 원료 공급 과정을 수행하지 않는 단계(도입 제어 밸브(155)가 닫혀지고 있는 상태)에도 몇 개의 버퍼 탱크내의 원료 가스의 압력이 하한 규정치보다 낮은 상태가 되면 다른 버퍼 탱크의 공급 밸브를 열어 도입 제어 밸브(155)까지는 원료 가스가 공급되고 있는 상태로 하고 있다. 예컨대, 시각(t5)에서 도입 제어 밸브(155)를 닫지만 공급 밸브A(154a)를 열고 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니고, 예컨대 시각(t6)의 단계에서 도입 제어 밸브(155)를 여는 것과 동시에 공급 밸브A(154a)를 열도록 해도 된다. 다만, 공급 밸브로부터 도입 제어 밸브(155)까지의 배관의 용적의 존재에 의한 원료 가스 공급의 지연을 고려하면 도 2에 도시된 바와 같이 제어함으로써 원료 가스 공급에 있어서의 압력 변동을 보다 억제할 수 있게 된다.
또, 전술의 방법에서는, 원료 공급 과정을 수행 하고 있는 동안(도입 제어 밸브(155)가 개방되어 있는 상태) 버퍼 탱크의 압력이 하한치 보다 낮으면 이 버퍼 탱크의 공급 밸브를 닫아 충전 밸브를 여는 것과 동시에 다른 버퍼 탱크의 공급 밸브를 여는 상태로 하고 있다. 예컨대, 시각(t2')에서 도입 제어 밸브(155)가 개방되어 있는 상태로 버퍼 탱크A(152a)의 압력이 하한 소정치보다 낮기 때문에 공급 밸브A(154a)를 닫고 충전 밸브A(153a)를 여는 것과 동시에 공급 밸브B(154b)를 열고 있다.
그러나, 이에 한정하는 것은 아니고 도입 제어 밸브가 열리는 타이밍에 2개의 공급 밸브를 교대로 개폐하도록 해도 된다. 예컨대, 우선 시각(t0)에서 도입 제어 밸브(155)를 여는 동시에 공급 밸브A(154a)를 연다. 이어서 다음에 도입 제어 밸브(155)를 여는 시각(t2)에서 공급 밸브A(154a)를 닫음과 동시에 공급 밸브B(154b)를 연다. 이어서 다음에 도입 제어 밸브(155)를 여는 시각(t4)에서 공급 밸브B(154b)를 닫는 것과 동시에 공급 밸브A(154a)를 연다. 이러한 동작을 반복하도록 제어한다. 충전 밸브A(153a) 및 충전 밸브B(153b)는 각각 대응하는 공급 밸브A(154a) 및 공급 밸브B(154b)를 닫았을 때에 열어 버퍼 탱크의 압력이 상한 규정치에 이르렀을 때에 닫도록 제어된다.
또, 도입 제어 밸브를 이용하지 않고 각 버퍼 탱크에 각각 설치된 공급 밸브를 제어함으로써 원료 가스를 성막 챔버에 공급하도록 해도 좋다. 예컨대, 도 4의 타이밍 차트에 도시된 바와 같이 각 밸브의 제어를 실시하면 좋다. 이 제어에 대해 설명하면 우선, 본 예에서는 모든 단계(시각)에 있어 도입 제어 밸브(155)는 열려 있는 상태로 한다. 또, 초기 단계에서는 버퍼 탱크A(152a)에 원료 가스가 충전되고 있는 상태로 한다. 이 상태에서는 제어부(156)는 충전 밸브A(153a), 공급 밸브A(154a), 충전 밸브B(153b), 및 공급 밸브B(154b)를 닫고 있다. 이 상태로 시각(t0)에서 원자층 성장의 원료 가스 공급 과정이 개시되면 제어부(156)는 공급 밸브A(154a)를 열어 버퍼 탱크A(152a)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태로 한다.
다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t1)이 되면 제어부(156)는 공급 밸브A(154a)를 닫아 원료 가스의 공급이 정지된 상태로 하고 충전 밸브A(153a)를 열어 버퍼 탱크A(152a)에 원료 가스가 충전되는 상태로 한다. 다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t2)이 되면 제어부(156)는 공급 밸브B(153b)를 열어 버퍼 탱크B(152b)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태로 한다. 다음에, 이 원료 공급 과정 중 시각(t2')에서 버퍼 탱크A(152a)가 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 상한 규정치로 되면 제어부(156)는 충전 밸브A(153a)를 닫는다.
다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t3)이 되면 제어부(156)는 공급 밸브B(153b)를 닫아 원료 가스의 공급이 정지된 상태로 하고 충전 밸브B(153b)를 열어 버퍼 탱크B(152b)에 원료 가스가 충전되는 상태로 한다. 다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t4)이 되면 제어부(156)는 공급 밸브A(153a)를 열어 버퍼 탱크A(152a)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태로 한다. 다음에, 이 원료 공급 과정 중 시각(t4')에서 버퍼 탱크B(152b)에 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 상한 규정치로 되면 제어부(156)는 충전 밸브B(153b)를 닫는다.
다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t5)이 되면 제어부(156)는 공급 밸브A(153a)를 닫아 원료 가스의 공급이 정지된 상태로 하고 충전 밸브A(153a)를 열어 버퍼 탱크A(152a)에 원료 가스가 충전되는 상태로 한다. 다음에, 퍼지 과정이 종료하고 다음의 원료 공급 과정이 개시되는 시각(t6)이 되면 제어부(156)는 공급 밸브B(153b)를 열어 버퍼 탱크B(152b)로부터 성막 챔버(101)에 원료 가스가 공급되는 상태로 한다. 다음에, 이 원료 공급 과정 중 시각(t6')에서 버퍼 탱크A(152a)에 충전되고 있는 원료 가스의 압력이 상한 규정치로 되면 제어부(156)는 충전 밸브A(153a)를 닫는다.
다음에, 원료 가스 공급 과정이 종료되어 퍼지 과정이 개시되는 시각(t7)이 되면 제어부(156)는 공급 밸브B(153b)를 닫아 원료 가스의 공급이 정지된 상태로 하고 충전 밸브B(153b)를 열어 버퍼 탱크B(152b)에 원료 가스가 충전되는 상태로 한다. 이후, 전술한 바와 같이 시각(t8), 시각(t8'), 시각(t9), 시각(t10), 시각(t10'), 시각(t11), 시각(t12), 시각(t12'), ...로 반복된다. 덧붙여 상술한 원료 가스의 압력은 각 버퍼 탱크에 설치된 압력계(P)에 의해 측정하면 좋다.
이상의 제어에 있어서도 원료 기화기(151)와 성막 챔버(101)가 연통되는 상태가 없기 때문에 원료 기화기(151)로부터의 원료 가스가 직접 흐르는 것에 의한 압력의 변동이 억제된다. 또, 본 제어에 있어서도 예컨대 충전에는 시각(t1)에서 시각(t2')까지 필요로 하고 이 보다 짧은 시간(사이클)에 원자층의 성장(원료 가스 공급)을 하고 있지만, 도 4의 타이밍 차트에 도시된 바와 같이 원료 가스 공급 과정에서는 항상 원료 가스가 성막 챔버(101)에 공급되는 상태가 된다. 또, 성막 챔버(101)에 항상 안정된 압력 상태로 원료 가스가 공급되는 상태를 얻을 수 있다.
또, 상술에서는, 예컨대 버퍼 탱크에 설치된 압력계(P)에 의해 측정된 압력치를 이용해 버퍼 탱크에 충전되고 있는 원료 가스의 압력치가 하한 규정치를 넘고 있는 것을 확인하고 이 버퍼 탱크의 공급 밸브를 열어 원료 가스를 성막 챔버에 공급하도록 했지만 이에 한정하는 것은 아니다. 도 1에 도시된 바와 같이 각 공급 밸브로부터 공급되는 원료 가스의 유량을 유량계(F)로 측정하고 측정된 유량이 소정치를 초과하는 지 확인을 하는 등 유량의 측정 결과로 버퍼 탱크의 공급 밸브의 개폐를 제어해도 좋다.
덧붙여 상술에서는 2개의 버퍼 탱크를 이용하도록 했지만 이에 한정하는 것은 아니고 3개 이상의 버퍼 탱크를 이용하도록 해도 된다. 3개 이상의 버퍼 탱크를 이용하는 경우에도 우선, 이용하는 각 버퍼 탱크에 대해 원료 기화기(원료 기화 수단)가 생성한 원료 가스의 충전을 제어하는 충전 밸브와 버퍼 탱크로부터의 원료 가스의 공급을 제어하는 공급 밸브를 구비하면 좋다. 더하여, 충전 밸브를 열어 원료 가스를 충전하고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브는 닫아 원료 가스가 하한 규정 치를 넘어 충전되고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브를 연 상태로 도입 제어 밸브를 열도록 제어하면 좋다. 이와 같이 함으로써 각 사이클이 보다 짧은 간격으로 행해지는 경우 이어도 원료 공급 과정에서는 어느 하나의 버퍼 탱크로부터 항상 원료가 공급되는 상태를 얻을 수 있게 된다.
또한, 도 1에 도시된 본 실시예의 원자층 성장 장치는 유기 금속재료로 구성되는 원료 가스에 더하여 산소나 오존 등의 산화 가스를 사용하여 금속 산화막을 형성하는 원자층 성장에도 적용 가능하다. 예컨대, 유기 금속 원료 가스 공급 과정→퍼지 과정→산화 가스 공급 과정→퍼지 과정→...을 반복하면 금속 산화막의 형성이 가능하고 이 경우에도 복수의 버퍼 탱크를 이용하여 각 가스를 공급하도록 함으로써 가스 공급 과정이 단축되어도 보다 안정적으로 원료 가스를 공급할 수 있게 된다.
본 발명은 반도체 또는 화합물 반도체로 제조된 박막의 결정 성장 및 산화막 등의 형성에 매우 적합하게 이용된다.

Claims (4)

  1. 밀폐 가능한 내부 공간을 구비한 성막 챔버;
    원료를 기화시킴으로써 원료 가스를 생성하는 원료 기화 수단;
    상기 원료 기화 수단이 생성한 상기 원료 가스가 충전되는 병렬 접속된 복수의 버퍼 탱크;
    각각의 상기 버퍼 탱크에 설치되어 상기 원료 기화 수단이 생성한 상기 원료 가스의 충전을 제어하는 충전 밸브;
    각각의 상기 버퍼 탱크로부터의 상기 원료 가스의 공급을 제어하는 공급 밸브;
    각각의 상기 충전 밸브 및 각각의 상기 공급 밸브의 개폐를 제어하는 제어 수단을 적어도 포함하고,
    상기 제어 수단은 적어도 1개의 상기 버퍼 탱크의 상기 공급 밸브를 열어 상기 원료 가스를 상기 성막 챔버에 공급하고 있는 상태로, 상기 공급 밸브를 열지 않은 다른 상기 버퍼 탱크의 상기 충전 밸브를 열어 상기 원료 가스의 충전을 실시하도록 제어하고,
    상기 복수의 버퍼 탱크는 하나의 단일 원료 기화 수단에 접속되어 있는 복수의 버퍼 탱크인 것을 특징으로 하는 원자층 성장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 충전 밸브를 열어 상기 원료 가스를 충전하고 있는 상기 버퍼 탱크의 공급 밸브는 닫고 상기 원료 가스가 버퍼 탱크의 압력의 하한 규정치를 넘어 충전되고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브는 열어 상기 원료 가스를 상기 성막 챔버에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 원자층 성장 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 버퍼 탱크로부터 공급된 상기 원료 가스의 상기 성막 챔버에의 도입을 제어하는 도입 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 도입 제어 밸브를 여는 것과 동시에 적어도 1개의 상기 버퍼 탱크의 상기 공급 밸브를 열어 상기 원료 가스를 공급하고 있는 상태로, 상기 공급 밸브를 열지 않은 다른 상기 버퍼 탱크의 상기 충전 밸브를 열어 상기 원료 가스의 충전을 실시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 원자층 성장 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 충전 밸브를 열어 상기 원료 가스를 충전하고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브는 닫고 상기 원료 가스가 버퍼 탱크의 압력의 하한 규정치를 넘어 충전되고 있는 버퍼 탱크의 공급 밸브는 연 상태로 상기 도입 제어 밸브를 열도록 제어하는 것을 특징으로 하는 원자층 성장 장치.
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