KR102180282B1 - 박막 증착용 가스공급장치 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 증착용 가스공급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 증착 챔버에서 박막 증착 공정이 수행되는 박막 증착용 가스공급장치는, 액상 소스 물질이 저장되는 캐니스터와; 캐니스터에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급라인과; 증착 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되며, 액상 소스 물질과 캐리어가스를 포함하는 소스가스를 캐니스터로부터 증착 챔버로 공급하는 소스가스 공급라인과; 캐리어가스 공급라인을 따라 캐니스터로 공급되는 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시키는 캐리어가스 바이패스라인을; 포함하며, 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시켜 액상 소스 물질의 사용량을 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 박막 증착용 가스공급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 액상 소스 물질(precursor)의 사용량을 낮출 수 있는 박막 증착용 가스공급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
박막 증착용 가스공급장치란 기판에 박막을 증착하여 반도체 소자를 제조하는 장치이며, 이러한 박막 증착용 가스공급장치의 일 예로서 ALD(Atomic layer deposition) 박막 증착용 가스공급장치가 소개된 바 있다.
ALD 박막 증착용 가스공급장치는 복잡한 형상의 3차원 구조에서도 뛰어난 균일도를 가지는 나노 두께의 박막이 증착이 가능하기 때문에 나노급 반도체 소자 제조의 필수적인 증착기술로 주목받고 있다. 특히, ALD 박막 증착용 가스공급장치는 증착과정에서 원료 공급 단계에 원료의 공급이 충분하다면 박막의 성장 속도는 원료 공급 주기의 횟수에 비례하기 때문에 박막의 두께를 수Å 단위로 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, ALD 박막 증착용 가스공급장치는 단차피복성(step coverage)이 우수하여 복잡한 3차원 구조도 균일하게 증착 가능하고, 박막의 두께와 조성을 정밀하게 조정 가능하며, 불순물이 적고 결함(defect)이 없는 양질의 박막 제조가 가능할 뿐만 아니라, 대면적을 균일한 속도로 증착할 수 있는 장점을 갖는다.
일반적으로 ALD 박막 증착용 가스공급장치는, 증착공정이 수행되는 반응용기와, 반응용기로 소스가스(증착 가스)를 공급하는 소스가스 공급부와, 반응용기로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와, 소스가스 또는 반응가스를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부로 구성된다. 이러한 구조에 의하여, 소스가스와 반응가스를 교호적으로 피딩 및 퍼지함으로써 기판상에 원자층 단위로 박막을 증착하게 된다.
도 1 및 도 2는 기존 박막 증착용 가스공급장치를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기존 ALD 박막 증착용 가스공급장치의 소스가스 공급부는, 액상 소스 물질이 저장된 캐니스터(10), 상기 캐니스터(10)에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급라인(32), 및 상기 액상 소스 물질과 상기 캐리어가스가 혼합된 소스가스를 캐니스터(10)로부터 반응용기(20)로 공급하는 소스가스 공급라인(34)을 포함한다.
한편, ALD 박막 증착용 가스공급장치에서 박막이 균일한 두께로 증착되기 위해서는 소스가스가 공급되는 동안 소스가스의 공급량이 일정하게 유지될 수 있어야 한다. 그러나 소스가스를 공급하는 MFC(Mass Flow Controller)를 온/오프(ON/OFF) 제어하면 유량 헌팅(hunting)이 발생되어 소스가스가 공급되는 동안 소스가스의 공급량이 일정하게 유지되기 어려운 문제점이 있다.
이에 기존에는 도 2와 같이, 플라즈마 공정 및 퍼지 공정이 수행되는 동안에도 소스가스를 공급하는 MFC를 계속 온(ON) 상태로 제어하고, 소스가스는 바이패스관(36)을 통해 바이패스되다가, 소스가스 피딩 공정에서 다시 반응용기(20)로 공급될 수 있게 함으로써 MFC의 온/오프에 따른 유량 헌팅을 방지할 수 있도록 하였다.
그러나, 기존에는 소스가스가 사용되지 않는 플라즈마 공정 및 퍼지 공정에서도 소스가스가 바이패스되며 계속 소모되어야 하기 때문에, 불가피하게 소스가스의 사용량이 증가하고 이에 따라 원가가 증가하는 문제점이 있다. 특히, 기존에는 고가의 액상 소스 물질의 사용량이 증가하는 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 소스가스의 사용량을 낮출 수 있으며, 원가를 절감하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 액상 소스 물질(precursor)의 사용량을 낮출 수 있으며, 원가를 절감할 수 있는 박막 증착용 가스공급장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 소스가스가 사용되지 않는 플라즈마 및 퍼지 공정중에는 소스가스를 구성하는 물질 중 캐리어가스만이 바이패스될 수 있게 하여 액상 소스 물질의 사용량을 낮출 수 있는 박막 증착용 가스공급장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소스가스 공급량을 일정하게 유지할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 박막 증착용 가스공급장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 증착 챔버에서 박막 증착 공정이 수행되는 박막 증착용 가스공급장치는, 액상 소스 물질이 저장되는 캐니스터와; 캐니스터에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급라인과; 증착 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되며, 액상 소스 물질과 캐리어가스를 포함하는 소스가스를 캐니스터로부터 증착 챔버로 공급하는 소스가스 공급라인과; 캐리어가스 공급라인을 따라 캐니스터로 공급되는 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시키는 캐리어가스 바이패스라인을; 포함하며, 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시켜 액상 소스 물질의 사용량을 줄일 수 있다.
특히, 기존에는 소스가스가 사용되지 않는 반응가스 공급단계 및 퍼지가스 공급단계에서도 소스가스가 바이패스되며 계속 소모되어야 하기 때문에, 불가피하게 소스가스의 사용량이 증가하고 이에 따라 원가가 증가하는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 소스가스가 사용되지 않는 반응가스 공급단계 및 퍼지가스 공급단계 중에는 소스가스를 구성하는 물질 중 캐리어가스만이 바이패스될 수 있게 함으로써, 액상 소스 물질의 사용량을 현저하게 낮출 수 있으며, 제조 원가를 절감할 수 있다.
참고로, 본 발명에서 캐리어가스 바이패스라인을 통해 캐리어가스를 바이패스시킨다 함은, 캐리어가스 공급라인을 따라 공급되는 캐리어가스가 캐니스터로 유입되지 않고 캐리어가스 바이패스라인을 통해 우회되어 외부로 배기되는 것으로 이해될 수 있다.
캐리어가스 공급라인에는 통상의 질량유량제어기(MFC)가 연결될 수 있으며, 질량유량제어기의 제어에 의해 캐리어가스 공급라인을 따라 공급되는 캐리어가스의 공급량이 조절될 수 있다. 아울러, 캐리어가스 공급라인에 연결되는 질량유량제어기(MFC)는, 증착 챔버에 소스가스를 공급하는 소스가스 공급 단계가 수행되는 동안 뿐만 아니라, 소스가스가 사용되지 않는 단계(예를 들어, 반응가스 공급단계 및 퍼지가스 공급단계) 중에도 꺼지지 않고 온(ON) 상태로 제어될 수 있다.
본 발명에서 소스가스 공급라인과 반응가스 공급라인이 독립적으로 분리된다 함은, 소스가스 공급라인과 반응가스 공급라인이 각각 구조적으로 분리된 별도의 라인으로 제공되는 것으로 이해될 수 있다.
캐리어가스 바이패스라인은 박막의 증착 공정 중 선택적으로 캐리어가스를 바이패스시킬 수 있다. 바람직하게, 캐리어가스 바이패스라인은 박막의 증착 공정 중 증착 챔버로의 소스가스 공급이 중단되는 공정에서만 캐리어가스를 바이패스시킬 수 있다.
여기서, 박막의 증착 공정 중 증착 챔버로의 소스가스 공급이 중단되는 공정이라 함은, 증착 챔버로부터 퍼지가 수행되는 퍼지 공정 및 증착 챔버의 내부에 플라즈마가 발생되는 플라즈마 공정을 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
일 예로, 캐리어가스 공급라인에는 제1밸브가 제공될 수 있고, 소스가스 공급라인에는 적어도 하나 이상의 제2밸브가 제공될 수 있으며, 캐리어가스 바이패스라인에는 제3밸브가 제공될 수 있다. 아울러, 캐리어가스 바이패스라인은 캐리어가스 공급라인에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부와 제1밸브의 사이에 연결될 수 있고, 캐리어가스 바이패스라인을 따라 캐리어가스가 바이패스되는 동안에는, 제3밸브가 개방되고, 제1밸브 및 제2밸브는 차단될 수 있다.
또한, 캐리어가스 바이패스라인은 배기라인에 연결될 수 있으며, 캐리어가스 바이패스라인으로 바이패스되는 캐리어가스는 배기라인을 통해 배기될 수 있다.
또한, 소스가스 공급라인에는 소스가스 공급라인을 따라 증착 챔버로 공급되는 소스가스를 선택적으로 바이패스시키는 소스가스 바이패스라인이 연결될 수 있다. 바람직하게, 소스가스 바이패스라인을 통한 소스가스의 바이패스는 증착 챔버의 퍼지 공정이 진행되는 동안 동시에 수행될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 플라즈마 공정 및 퍼지 공정이 완료된 후, 소스가스 바이패스라인을 통해 소스가스를 바이패스시키는 것도 가능하다. 아울러, 소스가스 바이패스라인에는 제4밸브가 제공될 수 있으며, 캐리어가스 바이패스라인을 따라 캐리어가스가 바이패스되는 동안에는 제4밸브가 차단될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 액상 소스 물질이 저장되는 캐니스터와, 상기 캐니스터에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급라인과, 증착 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되며 액상 소스 물질과 캐리어가스를 포함하는 소스가스를 캐니스터로부터 증착 챔버로 공급하는 소스가스 공급라인과, 상기 캐리어가스 공급라인을 따라 캐니스터로 공급되는 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시키는 캐리어가스 바이패스라인을 포함하는 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법은, 기판의 증착 공정을 위하여 증착 챔버로 액상 소스 물질과 캐리어 가스를 포함하는 소스가스를 소스가스 공급 라인을 통해 공급하는 소스가스 공급단계와; 증착 챔버로 소스가스의 공급이 중단되는 경우, 캐리어 가스를 캐리어가스 바이패스라인을 따라 선택적으로 바이패스 시키는 캐리어가스 바이패스 단계를; 포함하며, 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시켜 액상 소스 물질의 사용량을 줄일 수 있다.
기판의 증착 공정은 요구되는 조건 및 처리 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 기판의 증착 공정은, 증착 챔버로 소스가스 공급 라인을 통해 소스가스를 공급하는 소스가스 공급단계와; 소스가스를 퍼지하기 위해 퍼지가스 공급라인을 통해 증착 챔버로 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스 공급단계와; 증착 챔버로 반응가스 공급라인을 통해 반응가스를 공급하는 반응가스 공급단계와; 반응가스를 퍼지하기 위해 반응가스 공급라인을 통해 증착 챔버로 퍼지가스를 공급하는 제2퍼지가스 공급단계를; 포함할 수 있다.
캐리어가스 바이패스단계는 증착 챔버로의 소스가스 공급이 중단되는 단계, 예를 들어, 제1퍼지가스 공급단계, 반응가스 공급단계, 및 제2퍼지가스 공급단계 동안 수행될 수 있다.
또한, 소스가스 공급라인에는 소스가스 공급라인을 따라 증착 챔버로 공급되는 소스가스를 선택적으로 바이패스시키는 소스가스 바이패스라인이 연결될 수 있으며, 제2퍼지가스 공급단계 동안 소스가스 공급라인을 따라 증착 챔버로 공급되는 소스가스를 소스가스 바이패스라인으로 바이패스시키는 소스 바이패스단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 액상 소스 물질(precursor)의 사용량을 낮출 수 있으며, 원가를 절감할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 소스가스가 사용되지 않는 반응가스 공급단계 및 퍼지가스 공급단계 중에는 소스가스를 구성하는 물질 중 캐리어가스만이 바이패스될 수 있게 함으로써, 액상 소스 물질의 사용량을 현저하게 낮출 수 있으며, 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 소스가스를 사용하지 않는 공정중에도 소스가스를 공급하는 MFC(Mass Flow Controller)를 온(ON) 상태로 제어함으로써, 유량 헌팅을 방지할 수 있으며, 소스가스 공급 공정 중에 소스가스의 공급량이 일정하게 유지될 수 있게 한다.
또한, 본 발명에 따르면 박막을 균일하게 형성할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 기존 박막 증착용 가스공급장치를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 증착 챔버에 소스가스가 공급되는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 캐리어가스가 바이패스되는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 소스가스가 바이패스되는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도,
도 8은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법으로서, 증착 공정 시퀀스를 설명하기 위한 타이밍도,
도 9는 캐리어가스의 바이패스 여부에 따른 액상 소스 물질의 소모량을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 증착 챔버에 소스가스가 공급되는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 캐리어가스가 바이패스되는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 소스가스가 바이패스되는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도,
도 8은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법으로서, 증착 공정 시퀀스를 설명하기 위한 타이밍도,
도 9는 캐리어가스의 바이패스 여부에 따른 액상 소스 물질의 소모량을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 증착 챔버에 소스가스가 공급되는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 캐리어가스가 바이패스되는 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치로서, 소스가스가 바이패스되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치는 캐니스터(100), 캐리어가스 공급라인(310), 소스가스 공급라인(320) 및 캐리어가스 바이패스라인(330)을 포함한다.
상기 캐니스터(100)에는 액상의 액상 소스 물질(precusor)이 저장되며, 후술할 캐리어가스 공급라인(310)으로부터 공급되는 캐리어가스가 캐니스터(100)에서 버블링(bubbling)됨에 따라 액상 소스 물질과 캐리어가스가 혼합된 소스가스가 형성될 수 있다.
상기 캐니스터(100)는 내부에 수용 공간을 갖는 소정의 통 형상으로 제공될 수 있으며, 캐니스터(100)의 형상 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다.
참고로, 상기 액상의 액상 소스 물질은 증착되는 박막의 종류 및 특성에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 액상 소스 물질의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 캐리어가스 공급라인(310)은 캐니스터(100)에 연결되어 캐니스터(100)의 내부 공간으로 캐리어가스를 공급하도록 구성되며, 상기 캐리어가스 공급라인(310)으로서는 통상의 배관이 사용될 수 있다.
상기 캐리어가스로서는 요구되는 조건에 따라 다양한 가스가 사용될 수 있으며, 캐리어가스의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 캐리어가스로서는 통상의 불활성 가스가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 가스를 캐리어가스로 사용하는 것도 가능하다.
상기 캐리어가스 공급라인(310)에는 통상의 질량유량제어기(MFC)가 연결될 수 있으며, 질량유량제어기의 제어에 의해 캐리어가스 공급라인(310)을 따라 공급되는 캐리어가스의 공급량이 조절될 수 있다.
참고로, 상기 캐리어가스 공급라인(310)에 연결되는 질량유량제어기(MFC)는, 증착 챔버(200)에 소스가스를 공급하는 소스가스 공급 공정이 수행되는 동안 뿐만 아니라, 소스가스가 사용되지 않는 공정(예를 들어, 플라즈마 공정 및 퍼지 공정) 중에도 온(ON) 상태로 제어될 수 있다. 따라서, 소스가스가 증착 챔버(200)로 공급되는 동안에는 소스가스의 유량 헌팅(hunting) 없이 소스가스의 공급량이 일정하게 유지될 수 있다.
상기 소스가스 공급라인(320)은 증착 챔버(200)에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되며, 상기 액상 소스 물질과 캐리어가스가 혼합된 소스가스를 캐니스터(100)로부터 증착 챔버(200)로 공급하기 위해 제공된다.
상기 소스가스 공급라인(320)으로서는 통상의 배관이 사용될 수 있으며, 소스가스 공급라인(320)의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 소스가스 공급라인(320)과 반응가스 공급라인이 독립적으로 분리된다 함은, 소스가스 공급라인(320)과 반응가스 공급라인이 각각 구조적으로 분리된 별도의 라인으로 제공되는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 상기 소스가스 공급라인(320)을 통해서는 소스가스만이 공급될 수 있고, 반응가스는 공급될 수 없다. 마찬가지로, 상기 반응가스 공급라인을 통해서는 반응가스만이 공급될 수 있고, 소스가스는 공급될 수 없다.
상기 캐리어가스 바이패스라인(330)은 캐리어가스 공급라인(310)을 따라 캐니스터(100)로 공급되는 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시키기 위해 제공된다. 바람직하게 캐리어가스 바이패스라인(330)은 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 캐리어가스 바이패스라인(330)을 통해 캐리어가스를 바이패스시킨다 함은, 캐리어가스 공급라인(310)을 따라 유동되는 캐리어가스가 캐니스터(100)로 공급되지 않고 캐리어가스 바이패스라인(330)을 통해 우회되어 외부로 배기되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 캐리어가스 바이패스라인(330)으로서는 전술한 소스가스 공급라인(320) 및 반응가스 공급라인과 동일 또는 유사한 통상의 배관이 사용될 수 있으며, 캐리어가스 바이패스라인(330)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 캐리어가스 바이패스라인(330)은 박막의 증착 공정 중 선택적으로 캐리어가스를 바이패스시킬 수 있다. 바람직하게, 상기 캐리어가스 바이패스라인(330)은 박막의 증착 공정 중 증착 챔버(200)로의 소스가스 공급이 중단되는 공정에서만 캐리어가스를 바이패스시킬 수 있다.
여기서, 박막의 증착 공정 중 증착 챔버(200)로의 소스가스 공급이 중단되는 공정이라 함은, 증착 챔버(200)로부터 퍼지가 수행되는 퍼지 공정 및 증착 챔버(200)의 내부에 플라즈마가 발생되는 플라즈마 공정을 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 소스가스가 사용되지 않는 플라즈마 공정 및 퍼지 공정중에는 소스가스를 구성하는 물질 중 캐리어가스만이 캐리어가스 바이패스라인(330)을 따라 바이패스될 수 있게 함으로써, 액상 소스 물질의 사용량을 현저하게 낮출 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 캐리어가스 공급라인(310)에는 제1밸브(410)가 제공될 수 있고, 상기 소스가스 공급라인(320)에는 적어도 하나 이상의 제2밸브(421,422,423)가 제공될 수 있으며, 상기 캐리어가스 바이패스라인(330)에는 제3밸브(430)가 제공될 수 있다. 아울러, 상기 캐리어가스 바이패스라인(330)은 캐리어가스 공급라인(310)에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부와 제1밸브(410)의 사이에 연결될 수 있고, 상기 캐리어가스 바이패스라인(330)을 따라 캐리어가스가 바이패스되는 동안에는, 상기 제3밸브(430)가 개방되고, 상기 제1밸브(410) 및 제2밸브(421,422,423)는 차단될 수 있다. 일 예로, 상기 제2밸브(421,422,423)는 캐니스터(100)의 출구측에 배치되는 제2-1밸브(421), 상기 증착 챔버(200)의 입구측에 배치되는 제2-2밸브(423), 및 제2-1밸브(421)와 제2-2밸브(422)의 사이에 배치되는 제2-3밸브(422)를 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 제2밸브가 4개 이상 또는 3개 미만으로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 상기 캐리어가스 바이패스라인(330)은 배기라인(350)에 연결될 수 있으며, 상기 캐리어가스 바이패스라인(330)으로 바이패스되는 캐리어가스는 배기라인(350)을 통해 배기될 수 있다. 바람직하게 상기 배기라인(350)은 증착 챔버(200)에 연결될 수 있으며, 증착 챔버(200)에서 사용된 퍼지 가스 및 캐리어가스 바이패스라인(330)을 통해 바이패스되는 캐리어가스는 배기라인(350)을 공용으로 사용하여 배기될 수 있다.
또한, 상기 소스가스 공급라인(320)에는 소스가스 공급라인(320)을 따라 증착 챔버(200)로 공급되는 소스가스를 선택적으로 바이패스시키는 소스가스 바이패스라인(340)이 연결될 수 있다.
상기 소스가스 바이패스라인(340)은 통상의 배관으로 구성될 수 있으며, 소스가스 바이패스라인(340)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 소스가스 바이패스라인(340)은 소스가스 공급라인(320) 내의 소스가스 안정화를 이루기 위해 소스가스를 바이패스시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 공정 및 퍼지 공정이 진행되는 동안에는 전술한 제1밸브(410) 제2밸브가 차단되기 때문에, 소스가스 공급라인(320) 상에서 각 밸브의 사이에 잔류하는 소스가스의 압력 및 잔류량의 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 다음 소스가스 피딩 공정시, 소스가스 공급라인(320)에 잔류하는 소스가스를 곧 바로 증착챔버에 공급할 경우에는 소스가스의 공급량이 일정하게 유지되기 어렵다. 이를 위해, 상기 소스가스 바이패스라인(340)은 소스가스 공급라인(320) 상에 잔류하는 소스가스를 바이패스시켜 라인내 안정화(소스가스의 안정화)를 이룬 상태에서 증착챔버에 소스가스가 공급될 수 있게 한다.
바람직하게, 상기 소스가스 바이패스라인(340)을 통한 소스가스의 바이패스는 증착 챔버(200)의 퍼지 공정이 진행되는 동안 동시에 수행될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 플라즈마 공정 및 퍼지 공정이 완료된 후, 소스가스 바이패스라인을 통해 소스가스를 바이패스시키는 것도 가능하지만, 전체 증착 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있도록 퍼지 공정이 진행되는 동안 소스가스를 바이패스시키는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 소스가스 바이패스라인(340)에는 제4밸브(440)가 제공될 수 있으며, 상기 캐리어가스 바이패스라인(330)을 따라 캐리어가스가 바이패스되는 동안에는 제4밸브(440)가 차단될 수 있다.
한편, 전술한 제1밸브(410) 내지 제4밸브(440)로서는 통상의 밸브가 사용될 수 있으며, 밸브의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 8은 본 발명에 따른 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법으로서, 증착 공정 시퀀스를 설명하기 위한 타이밍도이다. 또한, 도 9는 캐리어가스의 바이패스 여부에 따른 액상 소스 물질의 소모량을 설명하기 위한 그래프이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 액상 소스 물질이 저장되는 캐니스터(100)와, 상기 캐니스터(100)에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급라인(310)과, 증착 챔버(200)에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되며 액상 소스 물질과 캐리어가스가 혼합된 소스가스를 캐니스터(100)로부터 증착 챔버(200)로 공급하는 소스가스 공급라인(320)과, 상기 캐리어가스 공급라인(310)을 따라 캐니스터(100)로 공급되는 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시키는 캐리어가스 바이패스라인(330)을 포함하는 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법은, 기판의 증착 공정을 위하여 증착 챔버(200)로 액상 소스 물질과 캐리어 가스를 포함하는 소스가스를 소스가스 공급 라인(320)을 통해 공급하는 소스가스 공급단계(S10)와, 상기 증착 챔버(200)로 소스가스의 공급이 중단되는 경우 캐리어 가스를 캐리어가스 바이패스라인(330)을 따라 선택적으로 바이패스시키는 캐리어가스 바이패스 단계(S20)를 포함한다.
단계 1:
먼저, 기판의 증착 공정을 위하여 증착 챔버(200)로 액상 소스 물질과 캐리어 가스를 포함하는 소스가스를 소스가스 공급 라인(320)을 통해 공급하는 소스가스 공급단계(S10)를 수행한다.
참고로, 기판의 증착 공정은 요구되는 조건 및 처리 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 기판의 증착 공정은, 상기 증착 챔버(200)로 소스가스 공급 라인(320)을 통해 소스가스를 공급하는 소스가스 공급단계와, 소스가스를 퍼지하기 위해 퍼지가스 공급라인을 통해 증착 챔버(200)로 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스 공급단계와, 상기 증착 챔버(200)로 반응가스 공급라인을 통해 반응가스를 공급하는 반응가스 공급단계와; 상기 반응가스를 퍼지하기 위해 퍼지가스 공급라인을 통해 상기 증착 챔버(200)로 상기 퍼지가스를 공급하는 제2퍼지가스 공급단계가 하나의 사이클(cycle time)을 이루도록 구성될 수 있다. 아울러, 상기 증착 챔버(200)로 반응가스 공급라인을 통해 반응가스가 공급되는 동안에는 증착 챔버(200)의 내부에 플라즈마가 발생(ON)되거나 플라즈마가 미발생(OFF)되는 것이 모두 가능하며, 증착 챔버(200) 내부에서의 플라즈마 발생(ON) 또는 플라즈마 미발생(OFF) 여부와 관계없이 반응가스가 공급되면 증착 챔버(200) 내부에 배치된 기판에 박막이 증착될 수 있다.
단계 2:
다음, 상기 증착 챔버(200)로 소스가스 공급이 중단되는 경우, 캐리어가스를 바이패스라인을 따라 선택적으로 바이패스시킨다.(S20)
바람직하게 상기 캐리어가스 바이패스단계(S20)는 증착 챔버(200)로의 소스가스 공급이 중단되는 공정, 예를 들어, 제1퍼지가스 공급단계, 반응가스 공급단계, 및 제2퍼지가스 공급단계가 진행되는 동안 수행될 수 있다.
참고로, 상기 캐리어가스 공급라인(310)에 연결되는 질량유량제어기(MFC)는, 증착 챔버(200)로 소스가스가 공급되는 소스가스 공급단계가 진행되는 동안 뿐만 아니라, 기판의 증착 공정을 위한 단계 중, 소스가스가 사용되지 않는 단계(제1퍼지가스 공급단계, 반응가스 공급단계, 및 제2퍼지가스 공급단계) 중에도 온(ON) 상태로 제어(캐리어가스가 중단없이 연속적으로 공급되는 상태)될 수 있다. 따라서, 소스가스가 증착 챔버(200)로 공급되는 동안에는 소스가스의 유량 헌팅(hunting) 없이 소스가스의 공급량이 일정하게 유지될 수 있다.
이와 같이, 상기 캐리어가스 바이패스단계(S20)에서는 소스가스를 구성하는 물질(캐리어가스 및 액상 소스 물질) 중 캐리어가스만이 캐리어가스 바이패스라인(330)을 따라 바이패스될 수 있게 함으로써, 액상 소스 물질의 사용량을 현저하게 낮출 수 있다.(도 5 참조) 즉, 상기 캐리어가스 바이패스단계(S20)에서는 캐리어가스 공급라인(310)을 따라 공급되는 캐리어가스가 캐니스터(100)를 거치지 않고 캐리어가스 바이패스라인(330)을 따라 바이패스될 수 있기 때문에, 소스가스가 사용되지 않는 단계(제1퍼지가스 공급단계, 반응가스 공급단계, 및 제2퍼지가스 공급단계) 중에 불필요하게 액상 소스 물질이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 소스가스 공급라인(320)에는 소스가스 공급라인(320)을 따라 증착 챔버(200)로 공급되는 소스가스를 선택적으로 바이패스시키는 소스가스 바이패스라인(340)이 연결될 수 있으며, 상기 제2퍼지가스 공급단계 동안 소스가스 공급라인(320)을 따라 증착 챔버(200)로 공급되는 소스가스를 소스가스 바이패스라인(340)으로 바이패스시키는 소스 바이패스단계를 포함할 수 있다.
상기 소스 바이패스단계에서는 소스가스 공급라인(320) 상에 잔류하는 소스가스를 소스가스 바이패스라인(340)으로 바이패스시킴으로써, 소스가스 공급라인(320)내 안정화(소스가스의 안정화)가 이루어진 상태에서 다음 박막 증착을 위한 소스가스가 증착챔버에 공급될 수 있게 한다.(도 6 참조) 경우에 따라서는 반응가스 공급단계 및 제2퍼지가스 공급단계가 완료된 후, 소스가스 바이패스단계가 별도로 수행되는 것도 가능하지만, 전체 증착 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있도록 제2퍼지가스 공급단계 동안 소스가스 바이패스단계가 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 도 9를 참조하면, 캐리어가스 바이패스라인(330)을 통해 캐리어가스를 바이패스시키면 액상 소스 물질의 사용량이 현저하게 저감되는 것을 확인할 수 있다. 참고로, 도 9에서 "1"번 그래프는 캐리어가스를 바이패스시키지 않는 조건에서의 액상 소스 물질 사용량을 나타내고, "4"번 그래프는 캐리어가스 바이패스라인(330)을 따라 캐리어가스를 바이패스시키는 조건에서의 액상 소스 물질 사용량을 나타낸다.
구체적으로, 도 9의 "1"번 그래프(종래)를 참조하면, 캐리어가스를 바이패스시키지 않는 조건으로 대략 20초 동안 박막 증착 공정을 수행하면, 액상 소스 물질 레벨(source canister level)이 최초 52.2%에서 공정 후 47.2%로 대략 5% 낮아진 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 9의 "4"번 그래프(본 발명)를 참조하면, 캐리어가스를 바이패스시키는 조건으로 대략 20초 동안 박막 증착 공정을 수행하면, 액상 소스 물질 레벨(source canister level)이 최초 52.2%에서 공정 후 50.0%로 대략 2.2% 낮아진 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 캐리어가스를 바이패스시키는 조건(4번 그래프)에서는 캐리어가스를 바이패스시키기 않은 조건(1번 그래프)에 비해 공정중 액상 소스 물질 사용량이 대략 53~56% 낮은 것을 알 수 있다.
다시 말하면, 본 발명은 소스가스가 사용되지 않는 반응가스 공급단계(플라즈마 ON 또는 플라즈마 OFF)에서는 소스가스를 구성하는 물질 중 캐리어가스만이 바이패스될 수 있게 함으로써, 액상 소스 물질의 불필요한 사용량을 낮추어 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 캐니스터 200 : 증착 챔버
310 : 캐리어가스 공급라인 320 : 소스가스 공급라인
330 : 캐리어가스 바이패스라인 340 : 소스가스 바이패스라인
350 : 배기라인 410 : 제1밸브
421,422,423 : 제2밸브 430 : 제3밸브
310 : 캐리어가스 공급라인 320 : 소스가스 공급라인
330 : 캐리어가스 바이패스라인 340 : 소스가스 바이패스라인
350 : 배기라인 410 : 제1밸브
421,422,423 : 제2밸브 430 : 제3밸브
Claims (11)
- 증착 챔버에서 수행되는 박막 증착 공정에 사용되는 가스공급장치에 있어서,
액상 소스 물질이 저장되는 캐니스터와;
상기 캐니스터에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급라인과;
상기 증착 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되며, 상기 액상 소스 물질과 상기 캐리어가스를 포함하는 소스가스를 상기 캐니스터로부터 상기 증착 챔버로 공급하는 소스가스 공급라인과;
상기 증착 챔버로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급라인과;
상기 캐리어가스 공급라인을 따라 상기 캐니스터로 공급되는 상기 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시키는 캐리어가스 바이패스라인과;
상기 소스가스 공급라인을 따라 상기 증착 챔버로 공급되는 상기 소스가스를 제4밸브의 개폐에 따라 선택적으로 바이패스시키는 소스가스 바이패스라인을;
포함하여 구성되어;
상기 증착 챔버로 상기 액상 소스 물질과 상기 캐리어 가스를 포함하는 상기 소스가스를 상기 소스가스 공급 라인을 통해 상기 증착 챔버로 공급하는 소스가스 공급단계와, 상기 소스가스를 퍼지하기 위해 상기 퍼지가스 공급라인을 통해 상기 증착 챔버로 상기 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스 공급단계와, 상기 증착 챔버로 상기 반응가스 공급라인을 통해 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급단계와, 상기 반응가스를 퍼지하기 위해 상기 퍼지가스 공급라인을 통해 상기 증착 챔버로 상기 퍼지가스를 공급하는 제2퍼지가스 공급단계가 반복되는 것에 의해 기판의 증착 공정이 행해지고;
상기 제1퍼지가스 공급단계와 상기 반응가스 공급단계가 행해지는 동안에는, 상기 제4밸브를 폐쇄시키고 상기 캐리어가스 바이패스라인을 따라 캐리어 가스를 바이패스시키고;
상기 제2퍼지가스 공급단계가 행해지는 동안에는, 상기 제4밸브를 개방하여 상기 소스가스를 상기 소스가스 공급라인에 연결되는 소스가스 바이패스라인으로 바이패스시키는 소스 바이패스단계가 함께 행해지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 가스공급장치.
- 제1항에 있어서,
상기 캐리어가스 바이패스라인은 상기 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 가스공급장치.
- 제1항에 있어서,
상기 캐리어가스 공급라인에 제공되는 제1밸브와;
상기 소스가스 공급라인에 제공되는 적어도 하나 이상의 제2밸브와;
상기 캐리어가스 바이패스라인에 제공되는 제3밸브를; 포함하되,
상기 캐리어가스 바이패스라인은 상기 캐리어가스 공급라인에 상기 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부와 상기 제1밸브의 사이에 연결되고,
상기 캐리어가스 바이패스라인을 따라 상기 캐리어가스가 바이패스되는 동안에는, 상기 제3밸브가 개방되고, 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브는 차단되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 가스공급장치.
- 제1항에 있어서,
상기 캐리어가스 바이패스라인이 연결되는 배기라인을 포함하고,
상기 캐리어가스 바이패스라인으로 바이패스되는 상기 캐리어가스는 상기 배기라인을 통해 배기되는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 가스공급장치.
- 액상 소스 물질이 저장되는 캐니스터와, 상기 캐니스터에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급라인과, 증착 챔버에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급라인과 독립적으로 분리되어 제공되며 상기 액상 소스 물질과 상기 캐리어가스를 포함하는 소스가스를 상기 캐니스터로부터 상기 증착 챔버로 공급하는 소스가스 공급라인과, 상기 증착 챔버로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급라인과, 상기 캐리어가스 공급라인을 따라 상기 캐니스터로 공급되는 상기 캐리어가스를 선택적으로 바이패스시키는 캐리어가스 바이패스라인과, 상기 소스가스 공급라인을 따라 상기 증착 챔버로 공급되는 상기 소스가스를 제4밸브의 개폐에 따라 선택적으로 바이패스시키는 소스가스 바이패스라인을 포함하는 박막 증착용 가스공급장치의 제어방법에 있어서,
기판의 증착 공정을 위하여 상기 증착 챔버로 상기 액상 소스 물질과 상기 캐리어 가스를 포함하는 상기 소스가스를 상기 소스가스 공급 라인을 통해 상기 증착 챔버로 공급하는 소스가스 공급단계와,
상기 소스가스를 퍼지하기 위해 상기 퍼지가스 공급라인을 통해 상기 증착 챔버로 상기 퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스 공급단계와,
상기 증착 챔버로 상기 반응가스 공급라인을 통해 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급단계와,
상기 반응가스를 퍼지하기 위해 상기 퍼지가스 공급라인을 통해 상기 증착 챔버로 상기 퍼지가스를 공급하는 제2퍼지가스 공급단계를
반복하는 것에 의해 상기 기판의 증착 공정이 행해지고;
상기 제1퍼지가스 공급단계와 상기 반응가스 공급단계가 행해지는 동안에는, 상기 제4밸브를 폐쇄시키고 상기 캐리어가스 바이패스라인을 따라 캐리어 가스를 바이패스시키고;
상기 제2퍼지가스 공급단계가 행해지는 동안에는, 상기 제4밸브를 개방하여 상기 소스가스를 상기 소스가스 공급라인에 연결되는 소스가스 바이패스라인으로 바이패스시키는 소스 바이패스단계가 함께 행해지는 것을 특징으로 하는 박막 증착용 가스공급장치의 제어 방법. - 삭제
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|---|---|---|---|---|
| JP2006052424A (ja) | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Tokyo Electron Ltd | 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102545757B1 (ko) * | 2022-06-17 | 2023-06-20 | 주성엔지니어링(주) | 박막형성방법, 기판처리방법, 및 기판처리장치 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170089152A (ko) | 2017-08-03 |
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