KR101631684B1 - 박막 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

박막 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되며 일부가 개방된 인너 챔버; 상기 챔버 내부로 연장되어 상기 인너 챔버 내부로 공정가스를 제공하는 가스 제공 유닛; 상기 인너 챔버 내부에 배치되며 열을 발생시키는 히터 유닛 및 상기 히터 유닛을 승강 및 하강 시키는 승하강 유닛을 포함하는 히터 어셈블리; 상기 히터 유닛과 함께 승강 및 하강되면서 상기 인너 챔버를 개방 또는 폐쇄하는 개폐 유닛; 및 상기 챔버에 연통되며 상기 인너 챔버가 개방되었을 때 작동되는 제1 펌프 유닛 및 상기 인너 챔버에 연통되며 상기 인너 챔버가 폐쇄 및 상기 히터 유닛이 상승되었을 때 작동되는 제2 펌프 유닛을 갖는 펌프 유닛을 포함한다.

Description

박막 증착 장치{THIN LAYER DEPOSIITION APPARATUS}
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 특히 본 발명은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 공정 및 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정을 하나의 장치에서 수행할 수 있는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼와 같은 기판에 원하는 이온을 주입하는 이온 주입 공정, 기판에 박막을 형성하는 박막 형성 공정 및 기판에 형성된 박막을 패터닝하는 패터닝 공정 등과 같은 공정들을 반복함으로써 제조된다.
이들 공정 중 기판에 박막을 형성하는 공정은 물리적 증착 방법인 스퍼터링 방법, 금속 유기물 전구체 또는 유기물 전구체를 이용하는 화학 기상 증착(CVD) 방법 또는 기판 상에 원자층 두께를 갖는 매우 얇은 박막을 형성할 수 있는 원자층 증착(ALD) 방법 등이 사용되고 있다.
화학 기상 증착(CVD) 방법을 통해 기판에 박막을 형성하는 방법은 기판에 형성되는 박막의 스텝 커버리지가 우수한 장점을 가지나 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 박막은 박막을 형성하기 위한 온도가 높고, 높은 진공도가 요구되며 두께를 수 옹스트롬(Å) 단위로 정밀하게 제어할 수 없는 단점을 갖는다.
최근에는 화학적 기상 증착 방법의 단점을 극복하여 옹스트롬 단위의 두께를 갖는 박막을 형성할 수 있는 원자층 증착(ALD) 방법이 사용되고 있다.
그러나 원자층 증착 방법(ALD) 및 화학적 기상 증착(CVD) 방법은 공정 온도, 공정 압력 및 공정 가스와 같은 공정 환경이 서로 달라 원자층 증착 방법은 원자층 증착 설비에서 단독으로 수행되고 화학적 기상 증착(CVD) 공정은 화학적 기상 증착 설비에서 단독으로 진행되고 있다.
이와 같이 원자층 증착 설비 및 화학 기상 증착 설비를 통해 기판에 박막을 각각 형성할 경우 설비 투자비가 과도하게 소요되고, 기판을 원자층 증착 설비 또는 화학적 기상 증착 설비 사이에서 이송해야 하기 때문에 반도체 소자 제조 공정 기간이 증가되며, 기판을 원자층 장착 설비 또는 화학적 기상 증착 설비 사이에서 이송하는 과정에서 기판에 오염물이 부착되어 기판에 형성되는 반도체 소자의 수율이 저하될 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0518676호, 반도체소자 제조용 원자층 증착 장치 및 제조 방법(2005년 9월 26일 등록)
본 발명은 하나의 장치에서 원자층 장착 공정(ALD) 및 화학 기상 증착(CVD)를 모두 수행할 수 있는 박막 증착 장치를 제공한다.
일실시예로서, 박막 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되며 일부가 개방된 인너 챔버; 상기 챔버 내부로 연장되어 상기 인너 챔버 내부로 공정가스를 제공하는 가스 제공 유닛; 상기 인너 챔버 내부에 배치되며 열을 발생시키는 히터 유닛 및 상기 히터 유닛을 승강 및 하강 시키는 승하강 유닛을 포함하는 히터 어셈블리; 상기 히터 유닛과 함께 승강 및 하강되면서 상기 인너 챔버를 개방 또는 폐쇄하는 개폐 유닛; 및 상기 챔버에 연통되며 상기 인너 챔버가 개방되었을 때 작동되는 제1 펌프 유닛 및 상기 인너 챔버에 연통되며 상기 인너 챔버가 폐쇄 및 상기 히터 유닛이 상승되었을 때 작동되는 제2 펌프 유닛을 갖는 펌프 유닛을 포함한다.
박막 증착 장치의 상기 가스 제공 유닛은 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부, 제1 공정 가스를 상기 플라즈마 생성부를 통해 상기 인너 챔버로 제공하는 제1 공정 가스 제공 유닛 및 제2 공정 가스 및 퍼지 가스 중 하나를 상기 인너 챔버로 직접 제공하는 제2 공정 가스 공급 유닛을 포함한다.
박막 증착 장치의 상기 인너 챔버는 상면 및 상기 상면과 대향하는 하면이 개구된 통 형상으로 형성된 인너 챔버 몸체; 상기 가스 도입 유닛에 결합된 커버; 및 상기 인너 챔버 몸체를 승하강 시켜 상기 커버 및 상기 인너 챔버 몸체를 결합 또는 분리하는 인너챔버 승하강 유닛을 포함한다.
박막 증착 장치의 상기 히터 어셈블리는 상기 개폐 유닛 및 상기 히터 유닛의 사이에 개재되어 상기 히터 유닛 및 상기 개폐 유닛 사이를 이격시키는 이격 부재를 포함한다.
박막 증착 장치의 상기 제1 펌프 유닛은 상기 챔버와 연결되는 제1 배관, 제1 배관에 형성된 제1 밸브 및 상기 제1 배관과 연결된 제1 펌프를 포함하며, 상기 제2 펌프 유닛은 폐쇄된 상기 인너 챔버와 연결되는 제2 배관, 상기 제2 배관에 형성된 제2 밸브 및 상기 제2 배관과 연결된 제2 펌프를 포함한다.
박막 증착 장치의 상기 제1 밸브가 개방 상태일 때 상기 제2 밸브는 폐쇄되고, 상기 제2 밸브가 폐쇄 상태일 때 상기 제2 밸브는 개방 상태를 갖는다.
박막 증착 장치의 상기 제1 펌프 유닛은 상기 제1 배관 중 상기 제1 밸브의 양단을 연결하는 제3 배관 및 상기 제3 배관에 형성된 제3 밸브를 더 포함하며, 상기 제1 배관은 제1 직경으로 형성되고, 상기 제2 배관은 제2 직경으로 형성된다.
박막 증착 장치의 상기 챔버에 연통되며 상기 히터 유닛에 제공되는 기판이 대기하는 로드락 챔버 및 상기 기판을 상기 히터 유닛 및 상기 로드락 챔버 사이에서 이송하는 트랜스퍼 유닛을 포함하는 기판 이송 유닛을 더 포함한다.
박막 증착 장치의 상기 인너 챔버, 상기 가스 제공 유닛, 상기 히터 어셈블리, 상기 개폐 유닛 및 상기 펌프 유닛을 제어하는 제어 유닛을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 하나의 박막 증착 설비에서 원자층 증착 공정 및 화학 기상 증착 공정을 수행하여 기판에 박막을 형성함으로써 설비 투자비를 감소 시키고 기판을 원자층 장착 설비 또는 화학적 기상 증착 설비 사이에서 이송할 필요가 없기 때문에 박막 증착 공정에 소요되는 기간을 단축시킬 수 있고, 원자층 증착 공정 및 화학 기상 증착 공정을 진행하기 위해 기판을 이송하는 도중 기판에 오염물이 부착되어 기판에 형성되는 반도체 소자의 수율 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막 증착 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 박막 증착 장치의 사시도이다.
도 3은 도 1의 박막 증착 장치를 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 제2 공정가스 제공 유닛의 평면도이다.
도 5는 박막 증착 장치의 초기 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 박막 증착 장치를 이용하여 기판에 화학 기상 증착 공정을 수행하는 것을 도시한 단면도이다.
도 7은 박막 증착 장치를 이용하여 기판에 원자층 증착 공정을 수행하는 것을 도시한 단면도이다.
이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막 증착 장치의 블록도이다. 도 2는 도 1의 박막 증착 장치의 사시도이다. 도 3은 도 1의 박막 증착 장치를 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 박막 증착 장치(800)는 챔버(100), 인너 챔버(200), 가스 제공 유닛(300), 히터 어셈블리(400), 개폐 유닛(500) 및 펌프 유닛(600)을 포함한다. 이에 더하여 박막 증착 장치(800)는 기판 이송 유닛(700) 및 박막 증착 장치(800)를 전반적으로 제어하는 제어 유닛(750)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 챔버(100)는, 예를 들어, 원통 형상으로 형성되며, 챔버(100)는 인너 챔버(200), 히터 어셈블리(400) 및 개폐 유닛(500)이 수납되는 공간을 형성한다.
본 발명의 일실시예에서, 챔버(100)는 비록 원통 형상인 것이 도시 및 설명되고 있지만 챔버(100)는 육면체 형상 등으로 형성되어도 무방하다.
챔버(100)의 측면에는 기판 이송 유닛(700)이 결합된다. 기판 이송 유닛(700)은 후술 될 히터 어셈블리(400)으로 웨이퍼와 같은 기판을 로딩 및 히터 어셈블리(400)으로부터 기판을 언로딩하는 역할을 한다.
기판 이송 유닛(700)은 로드락 챔버(710), 챔버(100)를 개폐하는 게이트(720) 및 트랜스퍼 유닛(730)을 포함한다. 로드락 챔버(710)에는 로드락 챔버(710) 내부에 진공압을 형성하는 펌프(740)가 연결될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 인너 챔버(200)는 챔버(100)의 내부에 배치된다. 인너 챔버(200)에는 히터 어셈블리(400)를 수납하기에 위한 공간이 형성된다.
인너 챔버(200)는 인너 챔버 몸체(210), 커버(220) 및 인너 챔버 승하강 유닛(230)을 포함한다.
인너 챔버 몸체(210)는, 예를 들어, 상면 및 상면과 대향하는 하면이 각각 개구된 통 형상으로 형성되며, 인너 챔버 몸체(210)는, 예를 들어, 원통 형상으로 형성될 수 있다.
커버(220)는 챔버(100)의 내부에 배치되며, 커버(220)는 인너 챔버 몸체(210)의 개구된 상면과 마주하게 배치된다. 커버(220)는 후술 될 가스 제공 유닛(300)에 결합되어 챔버(100) 내부의 상부에 고정된다.
커버(220)는 인너 챔버(200)의 개구된 상면을 폐쇄할 수 있으며, 커버(220)는 인너 챔버 몸체(210)의 상면과 접촉되는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
인너 챔버 승하강 유닛(230)은 인너 챔버 몸체(210)를 챔버(100)내에서 승강 또는 하강시킨다.
인너 챔버 승하강 유닛(230)은 인너 챔버 몸체(210)를 승강 또는 하강시키기에 적합한 공지된 직선 왕복 운동 기구들을 포함할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서, 인너 챔버 승하강 유닛(230)에 대해서는 구성을 한정하지 않기로 한다.
인너 챔버 승하강 유닛(230)은 인너 챔버 몸체(210)를 승강시켜 커버(220)에 밀착시키거나 인너 챔버 몸체(210)를 하강시켜 인너 챔버 몸체(210)를 커버(220)로부터 이격시킨다.
인너 챔버 승하강 유닛(230)에 의하여 인너 챔버 몸체(210)가 커버(220)로부터 하강되어 이격될 경우, 기판 이송 유닛(700)에 의하여 제공된 기판이 인너 챔버 몸체(210)의 내부에 배치된 후술 될 히터 어셈블리(400)에 로딩 또는 박막이 증착된 기판이 기판 이송 유닛(700)에 의하여 히터 어셈블리(400)로부터 언로딩될 수 있다.
한편, 인너 챔버 승하강 유닛(230)에 의하여 인너 챔버 몸체(210)가 승강되어 인너 챔버 몸체(210)가 커버(220)에 밀착될 경우, 인너 챔버 몸체(210)의 내부에 배치된 히터 어셈블리(400)에 로딩된 기판에 원자층 증착 공정에 의한 박막 또는 화학 기상 증착 공정에 의한 박막이 형성될 수 있다.
가스 제공 유닛(300)은 챔버(100)의 내부에 배치된 인너 챔버(200)의 내부로 원자층 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 위한 전구체(precursor)를 포함하는 공정 가스를 구분하여 제공한다.
가스 제공 유닛(300)은 가스 공급 배관(310), 플라즈마 생성부(320), 제1 공정 가스 제공 유닛(330) 및 제2 공정 가스 제공 유닛(340)을 포함한다.
가스 공급 배관(310)은 챔버(100)의 내부 및 외부를 관통하며, 가스 공급 배관(310) 중 챔버(100)의 내부에 배치된 부분에는 앞서 설명한 인너 챔버(200)의 커버(220)가 결합된다.
플라즈마 생성부(320)는 가스 공급 배관(310)에 설치되며, 플라즈마 생성부(320)는 가스 공급 배관(310)의 내부에 고주파(RF)를 제공하여 가스 공급 배관(310) 내부에서 플라즈마가 생성될 수 있도록 한다.
제1 공정 가스 제공 유닛(330)은, 예를 들어, 가스 공급 배관(310)에 연결된다.
예를 들어, 제1 공정 가스 제공 유닛(330)은 화학 기상 증착 공정을 위한 전구체를 포함하는 제1 공정 가스를 가스 공급 배관(310)으로 제공하고, 전구체를 포함하는 제1 공정 가스는 플라즈마 생성부(320)를 통해 인너 챔버(200) 내부로 제공된다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 공정 가스는 화학 기상 증착 공정을 위한 서로 다른 적어도 2 종류 이상의 전구체를 포함하는 공정 가스를 포함할 수 있다.
제2 공정 가스 제공 유닛(340)은, 예를 들어, 가스 공급 배관(310)에 연결되며, 제2 공정 가스 제공 유닛(340)은 전구체(precursor)를 포함하는 제2 공정 가스 및 퍼지 가스(purge gas)를 가스 공급 배관(310)으로 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 전구체를 포함하는 제2 공정 가스 및 퍼지 가스는 플라즈마 생성부(320)를 통과하지 않고 직접 인너 챔버(200) 내부로 각각 제공된다. 예를 들어, 제2 공정 가스 제공 유닛(340)은 원자층 증착 방식으로 박막을 형성하기 위한 전구체를 포함하는 제2 공정 가스 및 퍼지 가스를 인너 챔버(200) 내부로 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 제2 공정 가스는 원자층 증착 공정을 위한 서로 다른 적어도 2 종류 이상의 공정 가스를 포함할 수 있으며, 퍼지 가스는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다.
도 3에는 제2 공정 가스 제공 유닛(340)이, 예를 들어, 4 종류의 제2 공정 가스(A,B,C,D)들 및 아르곤 가스가 제공되는 것이 도시되어 있다.
도 4는 제2 공정가스 제공 유닛의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 제2 공정 가스 제공 유닛(340)은, 예를 들어, 4 종류의 전구체(precursor)를 인너 챔버(200) 내부로 제공하며, 제2 공정 가스들은, 예를 들어, 4 종류의 전구체(precursor)들을 인너 챔버(200) 내부로 제공할 수 있다.
4 종류의 전구체들을 포함하는 제2 공정 가스들을 인너 챔버(200) 내부로 제공하기 위하여 전구체들이 저장된 봄베(341,342,343,344)들은 인너 챔버(200)와 배관(341a,342a, 343a, 344a)에 의하여 연결되고, 각 봄베(341,342,343,344)들와 연결된 배관(341a,342a, 343a, 344a)에는 각각 아르곤 가스 공급부(341b,342b,343b, 344b)가 연결되며, 배관(341a,342a, 343a, 344a)에는 전구체를 제공하는 봄베(341,342,343,344) 및 아르곤가스 공급부(341b,342b, 343b, 344b)와 연결된 3방향 밸브(341c,342c, 343c, 344c)가 연결된다.
또한, 아르곤 가스 공급부(341b,342b,343b, 344b)에는 아르곤 가스 공급부(341b,342b,343b, 344b)로부터 제공되는 아르곤 가스의 공급량을 조절하기 위한 질량유량콘트롤러(Mass Flow Controller, MFC,341d,342d,343d,344d)가 연결될 수 있다.
히터 어셈블리(400)는 인너 챔버(200) 내부에 배치되며 원자층 증착 방식으로 형성되는 박막 또는 화학 기상 증착 방식으로 형성되는 박막이 형성되는 기판을 가열 및 지지한다.
히터 어셈블리(400)는 히터 유닛(410) 및 히터 승하강 유닛(420)을 포함한다.
히터 유닛(410)은 인너 챔버(200)의 내부에 배치되며, 히터 유닛(410)은, 예를 들어 원통 형상으로 형성될 수 있고 히터 유닛(410)에는 열을 발생시키는 히터가 내장될 수 있다.
히터 승하강 유닛(420)은 히터 유닛(410)을 인너 챔버(200) 내부에서 승강 또는 하강시킨다. 히터 승하강 유닛(420)은 챔버(100)의 외부에 배치될 수 있다.
인너 챔버(200) 내부에서 화학 기상 증착 방법에 의하여 기판에 박막을 형성할 경우, 히터 승하강 유닛(420)은 히터 유닛(410)을 하강시켜 가스 공급 배관(310)의 단부 및 히터 유닛(410) 사이의 간격을 증가시킨다.
반대로 인너 챔버(200) 내부에서 원자층 증착 방법에 의하여 기판에 박막을 형성할 경우, 히터 승하강 유닛(420)은 히터 유닛(410)을 상승시켜 가스 공급 배관(310)의 단부 및 히터 유닛(410) 사이의 간격을 좁힌다.
본 발명의 일실시예에서, 히터 유닛(410)에는 RF 파워 또는 DC 파워에 의한 바이어스(bias)가 형성될 수 있다.
개폐 유닛(500)은 플레이트 형상으로 형성되며, 개폐 유닛(500)은 히터 승하강 유닛(420)에 의하여 히터 유닛(410)과 함께 승강 또는 하강되며, 개폐 유닛(500) 및 히터 유닛(410)은 동일한 변위로 승강 또는 하강된다.
개폐 유닛(500)은 승강 또는 하강되면서 인너 챔버(200)의 인너 챔버 몸체(210)의 개구된 하면을 개방 또는 폐쇄한다.
예를 들어, 인너 챔버(200) 내부에서 원자층 증착 방법에 의하여 기판에 박막을 형성할 경우, 개폐 유닛(500)은 승강되어 인너 챔버 몸체(210)의 하면을 폐쇄한다.
반대로 인너 챔버(200) 내부에서 화학 기상 증착 방법에 의하여 기판에 박막을형성할 경우, 개폐 유닛(500)은 하강되어 인너 챔버 몸체(210)의 하면으로부터 이격되고 이로 인해 인너 챔버 몸체(210)의 하면은 개방된다.
개폐 유닛(500) 및 히터 유닛(410)의 사이에는 히터 유닛(410)에 일측 단부가 결합되고, 개폐 유닛(500)에 타측 단부가 결합되는 복수개의 이격 부재(520)가 배치되며, 이격 부재(520)는 개폐 유닛(500) 및 히터 유닛(410) 사이에 공간을 형성하며, 이 공간을 통해 전구체를 포함하는 공정 가스가 인너 챔버(200)로부터 배출된다.
개폐 유닛(500)의 중앙부에는, 예를 들어, 소정 직경을 갖는 개구(530)가 형성되는데, 개구(530)로는 후술될 펌프 유닛(600)의 제2 펌프 유닛(650)의 제2 배관(640)이 연결된다.
펌프 유닛(600)은 제1 펌프 유닛(610) 및 제2 펌프 유닛(650)을 포함한다.
제1 펌프 유닛(610)은 제1 배관(615), 제1 밸브(620) 및 제1 펌프(630)를 포함한다.
제1 배관(615)은 챔버(100)에 직접 연결될 수 있고, 제1 배관(615)을 통해 인너 챔버(200)로부터 챔버(100)로 배출된 공정 가스가 배출된다.
본 발명의 일실시예에서 제1 배관(615)은 제1 직경으로 형성될 수 있고, 예를 들어 제1 배관(615)의 제1 직경은 약 6 인치 이상 일 수 있다.
제1 밸브(620)는 제1 배관(615)에 연결되며, 제1 밸브(620)는 제1 배관(615)을 개방 및 폐쇄하는 개폐 밸브 및 제1 배관(615)으로부터 배출되는 진공압을 제어하는 제어 밸브를 포함할 수 있다.
제1 펌프(630)는 챔버(100) 내부에 진공압을 형성하는 진공 펌프를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 펌프(630)는 터보 분자 펌프(632) 및 터보 분자 펌프(632)에 직결된 로터리 펌프(634)를 포함할 수 있다.
제1 펌프(630)는 챔버(100) 및 인너 챔버(200)에 진공압을 형성 및 화학 기상 증착 공정이 진행되는 도중 챔버(100)로 배출된 잔류 공정 가스 등을 펌핑한다.
제2 펌프 유닛(650)은 제2 배관(640), 제2 밸브(643) 및 제2 펌프(647)를 포함할 수 있다.
제2 배관(640)은 개폐 유닛(500)과 직접 연결되며, 제2 배관(640)은 개폐 유닛(500)에 형성된 개구(530)와 연통된다.
본 발명의 일실시예에서, 제2 배관(640)은 히터 승하강 유닛(420)과 결합될 수 있고 제2 배관(640)은 히터 승하강 유닛(420)과 함께 승강 또는 하강될 수 있다. 이와 다르게, 제2 배관(640)은 고정된 상태에서 개폐 유닛(500) 및 히터 유닛(410)만 승강 또는 하강되어도 무방하다.
제2 밸브(643)는 제2 배관(640)에 형성되며, 제2 밸브(643)는 제2 배관(640)을 개폐하는 개폐 밸브를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 제2 밸브(643)는 제2 배관(640)의 진공압을 조절하는 제어 밸브를 더 포함하여도 무방하다.
제2 펌프(647)는 제2 배관(640)에 연결되며, 제2 펌프(647)는, 예를 들어, 드라이 펌프(647a) 및 드라이 펌프(647a)에 직결된 부스터 펌프(247b)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 펌프 유닛(610)은 추가적으로 제3 배관(640) 및 제3 밸브(645)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 인너 챔버(200) 내부에서의 요구 공정 압력이 5 mTorr 내지 30 mTorr 일 때는, 예를 들어, 제1 펌프 유닛(610)의 제1 배관(615)이 개방된다. 반면 인너 챔버(200) 내부에서의 요구 공정 압력이 30 mTorr 내지 1 Torr일 때에는 제1 배관(615)이 폐쇄되고 제3 배관(640)이 개방된다.
제3 배관(640)의 일측단은 제1 배관(615)에 연통되는데, 제3 배관(640)의 일측단은 제1 밸브(620)의 앞쪽에 연통되고, 제3 배관(640)의 일측단과 대향하는 타측단은 제1 배관(615) 중 제1 밸브(620)의 후단에 연통된다.
본 발명의 일실시예에서, 제3 배관(640)의 직경은 제1 배관(615)의 제1 직경과 다른 제2 직경으로 형성되며, 제3 배관(640)의 제2 직경은 상기 제1 직경보다 작은 직경으로 형성될 수 있고, 제2 직경은, 예를 들어, 약 φ42일 수 있다.
제3 배관(640)에 형성되는 제3 밸브(645)는 제3 배관(640)을 개방 또는 폐쇄한다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 펌프 유닛(610)의 제1 배관(615)에 형성된 제1 밸브(620) 및 제3 배관(640)에 형성된 제3 밸브(645)는 상호 연동되어 동작될 수 있다.
예를 들어, 제1 배관(615)에 형성된 제1 밸브(620)가 개방 될 때 제3 배관(640)에 형성된 제3 밸브(645)는 폐쇄 되며, 제1 밸브(620)가 폐쇄 될 때 제3 배관(640)에 형성된 제3 밸브(645)는 개방된다.
챔버(100) 내부에 5 mTorr 내지 30 mTorr의 고진공압 요구될 경우 제1 배관(615)에 연결된 제1 밸브(620)는 개방되고, 챔버(100) 내부에 상대적으로 낮은 30 mTorr 내지 1 Torr의 낮은 진공압이 요구될 경우, 제1 배관(615)에 연결된 제1 밸브(620)는 폐쇄되고 제3 배관(640)에 연결된 제3 밸브(645)가 개방된다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 기판에 원자층 증착 공정 및 화학적 기상 증착 공정을 수행하는 과정을 설명하기로 한다.
도 5는 박막 증착 장치의 초기 상태를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 원자층 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정 중 어느 하나를 수행하기 위해서는 기판 이송 유닛(700)의 로드락 챔버(710)에 배치된 기판을 히터 어셈블리(400)의 히터 유닛(410) 상에 배치해야 한다.
기판을 로드락 챔버(710)로부터 히터 유닛(410) 상에 배치하기 위하여 인너 챔버(200)의 인너 챔버 승하강 유닛(230)은 인너 챔버 몸체(210)를 하강시켜 커버(220) 및 인너 챔버 몸체(210)가 상호 이격 되도록 한다.
이로 인해 인너 챔버 몸체(210)에 배치된 히터 유닛(410)은 인너 챔버 몸체(210)로부터 노출되고, 기판 이송 유닛(700)의 트랜스퍼 유닛(730)에 의하여 히터 유닛(410) 상에는 로드락 챔버(710)로부터 이송된 기판이 배치된다.
도 6은 박막 증착 장치를 이용하여 기판에 화학 기상 증착 공정을 수행하는 것을 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 도 5에서 커버(220) 및 인너 챔버 몸체(210)가 상호 이격된 후 히터 유닛(410)에 기판에 제공되면, 히터 유닛(410) 및 개폐 유닛(500)은 이동하지 않고 인너 챔버 승하강 유닛(230)이 인너 챔버 몸체(210)를 상승시켜 인너 챔버 몸체(210)는 커버(220)에 밀착되고, 인너 챔버 몸체(210)의 하면은 개폐 유닛(500)과 이격되면서 인너 챔버 몸체(210)의 하면은 개방된다.
이때, 가스 공급 배관(310) 중 챔버(100) 내에 배치된 단부 및 히터 유닛(400)은 제1 간격(D1) 만큼 이격된다.
개폐 유닛(500) 및 인너 챔버 몸체(210)가 이격되어 인너 챔버 몸체(210)의 하면이 개방된 후, 제2 펌프 유닛(650)의 제2 배관(640)에 연결된 제2 밸브(643)은 폐쇄되고 제1 펌프 유닛(650)의 제1 배관(615)에 연결된 제2 밸브(620)는 개방된다. 이후 제1 배관(615)에 연결된 제1 펌프(610)가 작동되어 챔버(100) 및 인너 챔버 몸체(210)의 내부에는 화학 기상 증착에 적합한 지정된 압력으로 진공압이 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 개폐 유닛(500) 및 인너 챔버 몸체(210)가 이격되어 인너 챔버 몸체(210)의 하면이 개방된 후 화학 기상 증착 공정의 공정 조건에 따라서 제1 펌프 유닛(650)의 제1 배관(615)에 연결된 제2 밸브(620)가 폐쇄되고, 제3 배관(640)에 형성된 제3 밸브(645)가 개방되어도 무방하다.
챔버(100) 및 인너 챔버 몸체(210)의 내부에 화학 기상 증착 공정의 공정 조건에 적합한 진공압이 형성된 후 제1 공정 가스 제공 유닛(330)으로부터는 화학 기상 증착 공정에 적합한 전구체를 포함하는 제1 공정 가스가 제공되고, 제1 공정가스는 플라즈마 생성부(320)에서 발생된 플라즈마에서 반응되고 반응물은 히터 유닛(410)에 배치된 기판에 증착되어 박막이 형성된다.
이때, 잔류 가스 및 반응물의 일부는 인너 챔버 몸체(210) 및 개폐 유닛(500) 사이의 공간을 통해 챔버(100) 내로 배출된 후 챔버(100)로부터 제1 펌프 유닛(610)의 제1 배관(615) 또는 제3 배관(640)을 통해 배기된다.
도 7은 박막 증착 장치를 이용하여 기판에 원자층 증착 공정을 수행하는 것을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 도 5에서 커버(220) 및 인너 챔버 몸체(210)가 상호 이격된 후 히터 유닛(410)에 기판에 제공되면, 히터 유닛(410) 및 개폐 유닛(500)은 이동하지 않고 인너 챔버 승하강 유닛(230)이 인너 챔버 몸체(210)를 상승시켜 인너 챔버 몸체(210)는 커버(220)에 밀착된다.
이어서, 히터 승하강 유닛(420)은 히터 유닛(410) 및 개폐 유닛(500)을 상승시키는데, 히터 유닛(410) 및 개폐 유닛(500)의 상승에 의하여 가스 공급 배관(310) 중 챔버(100) 내에 배치된 단부 및 히터 유닛(410)은 도 5에 도시된 제1 간격(D1)보다 좁은 제2 간격(D2)을 갖는다.
또한 히터 승하강 유닛(420)의 상승에 의하여 개폐 유닛(500)은 인너 챔버 몸체(210)의 개구된 하단과 접촉되면서 인너 챔버 몸체(210)는 챔버(100)에 대하여 폐쇄된다.
인너 챔버 몸체(210)가 커버(220) 및 개폐 유닛(500)에 의하여 폐쇄되면, 제2 펌프 유닛(650)의 제2 배관(640)에 형성된 제2 밸브(643)가 개방되면서 제2 펌프(647)가 작동되고 폐쇄된 인너 챔버 몸체(210) 내부에는 원자층 증착 공정에 적합한 진공압이 형성된다.
폐쇄된 인너 챔버 몸체(210) 내부에 원자층 증착 공정에 적합한 진공압이 형성되면, 가스 제공 유닛(300)의 제2 공정 가스 공급 유닛(300)으로부터는 원자층 증착 공정을 위한 제2 공정 가스가 폐쇄된 인너 챔버 몸체(210)을 통해 히터 유닛(410)에 배치된 기판에 원자층 두께의 박막이 형성된다.
이때, 원자층 증착 공정이 열 원자층 증착(Thermal ALD) 공정일 경우, 가스 제공 유닛(300)의 제2 공정 가스 공급 유닛(300)으로부터 전구체를 포함하는 제2 공정 가스가 제공되어 박막이 형성된 후 퍼지되고, 다른 전구체를 포함하는 제2 공정 가스가 제공되어 박막이 형성된 후 퍼지되는 과정을 반복하여 기판에 열 원자층 증착 공정에 의한 박막이 형성된다.
한편, 원자층 증착 공정이 플라즈마 강화 원자층 증착(Plasma Enhanced ALD) 공정일 경우 제1 공정 가스 공급 유닛(300)으로부터 제1 공정가스가 플라즈마 생성부(320)에서 생성된 플라즈마를 통과하여 기판으로 제공되고, 이와 함께 제2 공정 가스 공급 유닛(300)으로부터 제2 공정 가스가 제공되어 기판에 박막이 형성된다.
열 원자층 증착 공정 또는 플라즈마 강화 원자층 증착 공정을 통해 기판에 박막을 형성하고 잔류된 제1 공정 가스 또는 퍼지 가스는 제2 펌프(650)에 의하여 개폐 유닛(500)에 형성된 관통홀(530) 및 제2 펌프 유닛(650)의 제2 배관(640)을 통해 인너 챔버 몸체(210)로부터 배기된다.
본 발명의 일실시예에서, 도 6에 도시된 화학 기상 증착 공정 및 도 7에 도시된 원자층 증착 공정은 서로 다른 기판에 개별적으로 진행되거나 동일한 기판에 순차적으로 진행될 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 하나의 박막 증착 설비에서 원자층 증착 공정 및 화학 기상 증착 공정을 수행하여 기판에 박막을 형성함으로써 설비 투자비를 감소시키기고 기판을 원자층 장착 설비 또는 화학적 기상 증착 설비 사이에서 이송할 필요가 없기 때문에 박막 증착 공정에 소요되는 기간을 단축시킬 수 있고, 원자층 증착 공정 및 화학 기상 증착 공정을 진행하기 위해 기판을 이송하는 도중 기판에 오염물이 부착되어 기판에 형성되는 반도체 소자의 수율 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
100...챔버 200...인너 챔버
300...가스 제공 유닛 400...히터 어셈블리
500...개폐 유닛 600...펌프 유닛
700...기판 이송 유닛 800...박막 증착 장치

Claims (9)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부로 연장된 가스 공급 배관, 제1 공정 가스를 상기 가스 공급 배관으로 제공하는 제1 공정가스 제공 유닛 및 제2 공정 가스를 상기 가스 공급 배관에 제공하는 제2 공정가스 제공 유닛을 포함하는 가스 제공 유닛;
    상면 및 상기 상면과 대향하는 하면이 개구된 통 형상으로 형성된 인너 챔버 몸체, 상기 가스 공급 배관에 결합된 커버 및 상기 인너 챔버 몸체를 승하강 시켜 상기 커버 및 상기 인너 챔버 몸체를 결합 또는 분리하는 인너챔버 승하강 유닛을 포함하는 인너 챔버;
    상기 인너 챔버 몸체의 내부에 배치되며 열을 발생시키며 기판이 장착되는 히터 유닛 및 상기 히터 유닛을 상기 인너 챔버 몸체의 내부에서 승강 및 하강 시키는 승하강 유닛을 포함하는 히터 어셈블리;
    상기 히터 유닛과 함께 승강 및 하강되면서 상기 인너 챔버 몸체의 개구된 하단을 개방 또는 폐쇄하는 개폐 유닛; 및
    상기 챔버에 연통된 제1 배관 및 상기 제1 배관에 연결되며 상기 인너 챔버 몸체가 개방되었을 때 작동되는 제1 펌프 유닛 및 상기 히터 유닛에 연통되는 제2 배관 및 상기 제2 배관에 연통되어 상기 인너 챔버 몸체가 폐쇄 및 상기 히터 유닛이 상승 되었을 때 작동되는 제2 펌프 유닛을 갖는 펌프 유닛을 포함하는 박막 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 제공 유닛은 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 포함하며,
    상기 제1 공정 가스 제공 유닛은 상기 플라즈마 생성부를 통해 상기 제1 공정 가스를 상기 인너 챔버 몸체로 제공하고,
    상기 제2 공정 가스 제공 유닛은 상기 제2 공정 가스 및 퍼지 가스 중 하나를 상기 인너 챔버 몸체로 직접 제공하는 박막 증착 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히터 어셈블리는 상기 개폐 유닛 및 상기 히터 유닛의 사이에 개재되어 상기 히터 유닛 및 상기 개폐 유닛 사이를 이격시키는 이격 부재를 포함하는 박막 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 펌프 유닛은 상기 챔버와 연결되는 상기 제1 배관에 형성된 제1 밸브 및 상기 제1 배관과 연결된 제1 펌프를 포함하며,
    상기 제2 펌프 유닛은 상기 제2 배관에 형성된 제2 밸브 및 상기 제2 배관과 연결된 제2 펌프를 포함하는 박막 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밸브가 개방 상태일 때 상기 제2 밸브는 폐쇄되고, 상기 제2 밸브가 폐쇄 상태일 때 상기 제1 밸브는 개방 상태인 박막 증착 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 펌프 유닛은 상기 제1 배관 중 상기 제1 밸브의 양단을 연결하는 제3 배관 및 상기 제3 배관에 형성된 제3 밸브를 더 포함하며,
    상기 제1 배관은 제1 직경으로 형성되고, 상기 제2 배관은 제2 직경으로 형성되는 박막 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에 연통되며 상기 히터 유닛에 제공되는 기판이 대기하는 로드락 챔버 및 상기 기판을 상기 히터 유닛 및 상기 로드락 챔버 사이에서 이송하는 트랜스퍼 유닛을 포함하는 기판 이송 유닛을 더 포함하는 박막 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인너 챔버, 상기 가스 제공 유닛, 상기 히터 어셈블리, 상기 개폐 유닛 및 상기 펌프 유닛을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는 박막 증착 장치.
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