KR20050027296A - 화학기상증착장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생산성을 높일 수 있는 화학기상증착장치를 개시한다. 그의 장치는 불활성 기체의 버블링을 이용하여 소스 가스를 생성하는 소스 가스 박스와, 상기 소스 가스 박스에서 소스 가스 공급관을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 이용하여 일정 온도 및 압력에서 웨이퍼 상에 금속 박막을 형성하는 챔버와, 상기 챔버에 연통하는 배출관을 통해 상기 챔버 내부의 잔류가스를 배기하는 진공펌프와, 상기 배출관 내부의 압력을 감지하는 배출관 압력 감지기와, 상기 소스 가스 공급관에서 상기 제 2 배출관으로 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 상기 진공펌프로 바이패스시키는 덤프 라인과, 상기 덤프 라인 및 상기 제 2 배출관을 통해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 배기될 경우 상기 제 1 배출관에 형성된 제 2 압력 감지기로 상기 소스 가스가 유입되지 않도록 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 화학기상증착장치 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소스 앰퓰의 초기 사용 시 소스 산화물로부터 압력 감지기를 보호하는 화학기상증착장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 업계에서는 반도체 칩의 동작 속도를 증대시키고 단위 면적당 정보 저장 능력을 증가시키기 위하여 반도체 집적 회로 공정에 적용되는 최소 선폭 길이를 꾸준히 축소시키고 있다.
이에 따라, 반도체 웨이퍼 상에 집적화 되는 트랜지스터를 비롯한 능동 및 수동 소자들의 크기가 서브 하프 마이크론 이하로 축소되고 있다.
더욱이, 칩 집적도를 높이기 위해 전하 저장 캐패시터 장치 등을 비트 라인 상부에 형성하는 스택형 3차원 소자 구조가 반도체 제조 공정에 적용됨에 따라, 금속 배선의 콘택의 상하 단차는 급격히 높아지고 있으며, 그 결과 콘택의 종횡비(aspect ratio)가 더욱 증가하고 있다.
따라서, 종래 방법에 따른 물리적 증착(physical vapor deposition; PVD) 공정만으로는 양호하게 콘택 홀을 도전 물질로 충전 매립할 수 없다. 물리적 증착 방식은 금속 증기(metal vapor)를 웨이퍼 표면에서 응집(condense)시켜 금속을 형성하므로, 콘택 홀의 종횡비가 큰 경우에는 기하학적 그림자 효과 (shadow effect)로 인하여 양질의 스텝 커버리지(step coverage)를 갖는 콘택 홀의 매립을 기대할 수 없다.
즉, 스퍼터링(sputtering) 또는 이배포레이션(evaporation)과 같은 물리적 증착 방식은 고진공하에 진행되는 공정으로서, 원자의 평균 자유 이동 거리(mean free path)와 흡착 계수(sticking coefficient)가 크므로 가시 거리에 있는 영역 (line of sight)에만 금속이 증착되어 표면 적응 증착(conformal deposition)이 용이하지 않다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 소스 가스의 평균 자유 이동 거리가 짧고 흡착 계수가 낮은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)의 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
따라서, 화학 기상 증착은 소스 가스가 웨이퍼 표면에 도달하기까지 많은 충돌이 일어남으로 표면에서의 흡착 계수가 작고 금속 표면에서의 확산(surface diffusion)으로 인하여 전술한 물리적 증착 방식과 비교할 때, 표면 적응력(surface conformal capability)이 우수한 금속 증착을 기대할 수 있다.
이와 같은 화학기상증착을 이용한 웨이퍼 표면 의금속 배선 공정에 있어서, 텅스텐을 이용한 화학 기상 증착은 높은 종횡비의 콘택 홀을 충전 매립하기 위한 방법으로 사용되어 왔다. 그러나, 텅스텐은 알루미늄에 비해 비저항이 높고 후속 공정 단계에서 에치 백(etch back) 또는 화학 물리 연마(chemical mechanical polishing; CMP)를 요구하는 단점이 있으므로, 고집적 반도체 공정에서 비저항이 낮은 알루미늄을 이용한 화학 기상 증착 장비의 개발의 필요성이 점차 대두되고 있다.
이하, 종래 기술에 따른 화학기상증착장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 화학기상증착장치의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 화학기상증착장치는 불활성 기체를 이용하여 소스 용액에 버블링시켜 소스 가스를 생성하는 소스 가스 박스(10)와, 상기 소스 가스 박스(10)에서 소스 가스 공급관(20)을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 이용하여 일정 온도 및 압력에서 웨이퍼 상에 금속 박막을 형성하는 챔버(30)와, 상기 챔버(30) 내부의 압력을 감지하는 제 1 압력 감지기(40)와, 상기 박막의 형성 시 상기 소스 가스가 상기 챔버(30) 내부에 반응하는 것을 방지하기 위해 불활성 기체를 상기 챔버(30) 내부에 공급하는 보조 가스 박스(50)와, 상기 챔버(30)에 연통하는 제 1 배출관(60) 및 제 2 배출관(61)을 통해 상기 챔버(30) 내부의 잔류가스를 일정한 압력으로 펌핑하는 제 1 진공펌프(70)와, 상기 제 1 배출관(60)에 설치되고, 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동 압력 조절밸브(81)와, 상기 챔버(30) 내부의 압력이 상기 제 1 진공 펌프(70)의 압력보다 낮을 경우 상기 챔버(30) 내부의 잔류 가스를 차단하여 상기 자동 압력 조절 밸브(81)를 보호하기 위한 러핑 밸브(80)와, 상기 제 1 배출관(60)에서 분기되는 더미 배출관(62)으로 유입되는 잔류 가스를 배기하는 제 2 진공펌프(71)와, 상기 제 2 진공펌프(71)의 펌핑 동작 시 상기 자동 압력 조절 밸브(81)로 유입되는 잔류 가스를 차단하는 게이트 밸브(82)와, 상기 자동 압력 조절 밸브(81)를 통해 상기 잔류 가스를 배기할 경우 상기 더미 배출관(62)으로 유입되는 상기 잔류 가스를 차단하는 포라인 밸브(83)와, 상기 소스 가스 공급관(20)과 상기 제 2 배출관(61)사이에 설치되어 있고, 상기 소스 가스 박스(10)로부터 상기 소스 가스 공급관(20)을 통해 공급되는 소스 산화물을 배기하는 덤프 라인(90)과, 상기 덤프 라인(90) 상에 설치되어 더미 플로우 작업 시 개방되는 덤프 밸브(91)와, 상기 챔버(30) 상기 진공펌프에 의해 펌핑되는 상기 제 1 배출관(60) 및 제 2 배출관(61) 내의 압력을 감지하는 제 2 압력 감지기(41)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 소스 가스 박스(10)는 상기 소스 가스를 일정한 흐름(flow)을 갖도록 상기 소스 가스의 압력과 농도를 조절하여 상기 챔버(30)에 공급한다.
또한, 상기 제 1 진공펌프(70)는 상기 챔버(30)와 연통하는 상기 제 1 배출관(60) 및 제 2 배출관(61)으로 상기 소스 가스의 반응 후 발생되는 상기 잔류 가스를 일정한 압력으로 펌핑한다. 이때, 상기 제 1 압력 감지기(40) 및 제 2 압력 감지기(41)는 상기 챔부(30) 내부의 압력 및 상기 제 1 배출관(60)과 제 2 배출관(61) 내부의 잔류 가스 압력을 감지하기 위한 것으로서, 상기 러핑 밸브(80) 및 자동압력조절밸브(81)를 기준으로 상기 챔버(30) 내부의 압력보다 상기 제 1 진공펌프(70)의 펌핑압력이 더 높은 가를 비교할 수 있도록 각각의 압력 값을 제공한다.
따라서, 종래 기술에 따른 화학기상증착장치는 상기 소스 가스의 흐름을 일정하게 조절하고, 상기 챔버(30) 내부의 압력보다 상기 제 1 진공펌프(70)의 압력을 더 낮게 설정한다. 또한, 상기 자동압력조절 밸브(81)를 이용하여 상기 제 1 진공펌프(70)로 배기되는 상기 잔류가스의 유량을 조절하여 상기 챔버(30) 내부의 압력을 일정하게 유지함으로써, 상기 웨이퍼의 표면에 재현성 있는 금속 박막을 형성할 수 있다.
이때, 상기 소스 가스 박스(10)는 외부에서 운반가스 공급관(11), 희석 가스 공급관(12) 및 핫 가스 공급관(13)을 통해 공급되는 상기 불활성 기체를 소정 온도로 가열하는 핫 박스(14)와, 상기 핫 박스(14)를 통해 가열 공급되는 상기 불활성 기체를 이용하여 소스 용액을 버블링시켜 소스 가스를 생성하는 소스 앰퓰(15)로 이루어진다.
또한, 상기 소스 앰퓰(15) 내에는 상기 소스 용액이 약 2/3정도 충만되고, 고압의 질소 가스로 압축되어 있다. 상기 소스 앰퓰(15)은 일정 횟수의 웨이퍼 박막 형성 이후 주기적으로 교체되어야 한다.
또한, 새로운 소스 앰퓰(15)을 교환한 후, 상기 소스 가스 공급관(20)으로부터 상기 제 2 압력 감지기(41) 후단의 상기 제 2 배출관(61)에 연결된 덤프 라인(90) 및 덤프 밸브(91)를 통해 상기 질소 가스와 상기 소스 용액의 표면에 산화된 소스 용액의 소스 가스를 상기 챔버(30) 내부로 유입시키지 않고 바이패스시키기 위한 더미 플로우(dumy flow) 작업이라 정의한다.
즉, 상기 더미 플로우 작업은 상기 소스 앰퓰(15)의 교환 시 밀봉된 초기 소스 앰퓰(15)에서 상기 질소 가스 및 상기 소스 용액의 표면에 발생된 부유물과 같은 소스 산화물을 상기 소스 가스 박스(10)와 챔버(30)사이의 소스 가스 공급관(10)에서 분기되는 덤프 라인(90)을 통하여 상기 제 1 진공 펌프(70)로 배기함으로서, 실제 증착공정이 수행되는 챔버(30) 내부를 오염시키지 않고 상기 소스 가스 및 소스 산화물을 배기하는 작업이다.
이때, 상기 더미 플로우 작업 시 상기 소스 가스 공급밸브(21)를 닫고, 상기 덤프 라인(90)의 입구에 형성된 덤프 밸브(91)를 열고, 상기 러핑 밸브(80) 및 포라인 밸브(83)를 닫아 상기 제 1 진공 펌프(70)의 펌핑압력으로 상기 소스 가스 및 소스 산화물을 배기 시킨다.
따라서, 종래 기술에 따른 화학기상증착장치는 상기 소스 앰퓰(15)의 초기 사용 시 상기 소스 앰퓰(15) 내부의 소스 가스 또는 소스 산화물을 상기 덤프 밸브(91) 및 덤프 라인(90)을 통해 배기하는 더미 플로우 작업을 수행할 수 있다.
하지만, 종래 기술의 화학기상증착장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래 기술의 화학기상증착장치는 더미 플로우 작업 시 상기 제 2 배출관(61)에 형성된 제 2 압력 감지기(41)에 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 유입되어 상기 제 2 압력 감지기(41)에 금속 물질을 유발하여 상기 제 2 압력 감지기(41)가 동작 불능 상태일 경우 생산 공정의 불량을 야기하고 상기 제 2 압력 감지기의 수명을 단축시켜 유지 관리 또는 교체에 의한 생산성을 떨어뜨리는 단점이 있었다.
상술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 더미 플로우 작업 시 배출관의 압력을 감지하는 압력 감지기에 소스 가스 또는 소스 산화물이 유입되는 것을 방지하여 생산 공정의 불량을 감소 또는 최소화할 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는 데 있다.
또한, 또 다른 본 발명의 목적은 더미 플로우 작업 시 배출관의 압력을 감지하는 압력 감지기에 소스 가스 또는 소스 산화물이 유입되는 것을 방지하여 생산성을 높일 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학기상증착장치는, 불활성 기체의 버블링을 이용하여 소스 가스를 생성하는 소스 가스 박스와, 상기 소스 가스 박스에서 소스 가스 공급관을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 이용하여 일정 온도 및 압력에서 웨이퍼 상에 금속 박막을 형성하는 챔버와, 상기 챔버 내부의 압력을 감지하는 제 1 압력 감지기와, 상기 박막의 형성 시 상기 챔버 내부에 불활성 기체를 공급하는 보조 가스 박스와, 상기 챔버에 연통하는 제 1 배출관 및 제 2 배출관을 통해 상기 챔버 내부의 잔류가스를 배기하는 제 1 진공펌프와, 상기 제 1 배출관 및 제 2 배출관 내부의 압력을 감지하는 제 2 압력 감지기와, 상기 소스 가스 공급관에서 상기 제 2 배출관으로 연결되고, 덤프 밸브의 열림에 의해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 상기 진공펌프로 바이패스시키는 덤프 라인과, 상기 덤프 라인 및 상기 제 2 배출관을 통해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 배기될 경우 상기 제 1 배출관에 형성된 제 2 압력 감지기로 상기 소스 가스가 유입되지 않도록 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 발명의 다른 특징은, 불활성 기체의 버블링을 이용하여 소스 가스를 생성하는 소스 가스 박스와, 상기 소스 가스 박스에서 소스 공급관을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 이용하여 일정 온도 및 압력에서 웨이퍼 상에 금속 박막을 형성하는 챔버와, 상기 챔버 내부의 압력을 감지하는 제 1 압력 감지기와, 상기 박막의 형성 시 상기 챔버 내부에 상기 불활성 기체를 공급하는 보조 가스 박스와, 상기 챔버에 연통하는 제 1 배출관 및 제 2 배출관을 통해 상기 챔버 내부의 잔류가스를 펌핑하는 제 1 진공 펌프와, 상기 제 1 진공 펌프의 펌핑에 의해 상기 챔버 내부의 압력을 조절하고, 상기 제 1 배출관으로 배기되는 잔류가스를 차단하는 러핑 밸브, 자동압력조절 밸브 및 게이트 밸브와, 상기 챔버 내부를 저진공으로 만들기 위해 상기 제 1 배출관 상기 게이트 밸브가 차단되고, 더미 배출관으로 상기 잔류 가스를 펌핑하는 제 2 진공펌프 및 포라인 밸브와, 상기 제 1 배출관 및 제 2 배출관 내부의 압력을 감지하는 제 2 압력 감지기와, 상기 소스 가스 공급관에서 상기 제 2 배출관으로 연결되고, 덤프 밸브의 열림에 의해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 상기 진공펌프로 바이패스시키는 덤프 라인과, 상기 덤프 라인 및 상기 제 2 배출관을 통해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 배기될 경우 상기 제 1 배출관에 형성된 제 2 압력 감지기로 상기 소스 가스가 유입되지 않도록 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브를 포함하는 화학기상증착장치이다.
이하, 본 발명에 따른 화학기상증착장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화학기상증착장치는 불활성 기체를 이용하여 소스 용액에 버블링시켜 소스 가스를 생성하는 소스 가스 박스(110)와, 상기 소스 가스 박스(110)에서 소스 가스 공급관(120)을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 이용하여 일정 온도 및 압력에서 웨이퍼 상에 금속 박막을 형성하는 챔버(130)와, 상기 챔버(130) 내부의 압력을 감지하는 제 1 압력 감지기(140)와, 상기 금속 박막의 형성 시 상기 소스 가스가 상기 챔버(130) 내부에 반응하는 것을 방지하기 위해 불활성 기체를 상기 챔버(130) 내부에 공급하는 보조 가스 박스(150)와, 상기 챔버(130)에 연통하는 제 1 배출관(160) 및 제 2 배출관(161)을 통하여 상기 챔버(130) 내부의 잔류가스를 일정한 압력으로 펌핑하는 제 1 진공 펌프(170)와, 상기 제 1 배출관(160)에 설치되고, 상기 챔버(130) 내부의 압력을 조절하는 자동 압력 조절밸브(181)와, 상기 챔버(130) 내부의 압력이 상기 제 1 진공 펌프(170)의 압력보다 낮을 경우 상기 챔버(130) 내부의 잔류 가스를 차단하여 상기 자동 압력 조절 밸브(181)를 보호하기 위한 러핑 밸브(180)와, 상기 제 1 배출관(160)에서 분기되는 더미 배출관(162)으로 유입되는 잔류 가스를 배기하는 제 2 진공펌프(171)와, 상기 제 2 진공펌프(171)의 펌핑 동작 시 상기 자동 압력 조절 밸브(181)로 유입되는 잔류 가스를 차단하는 게이트 밸브(182)와, 상기 자동 압력 조절 밸브(181)를 통해 상기 잔류 가스를 배기할 경우 상기 더미 배출관(162)으로 유입되는 상기 잔류 가스를 차단하는 포라인 밸브(183)와, 상기 소스 가스 공급관(120)과 상기 제 2 배출관(161)사이에 설치되어 있고, 상기 소스 가스 박스(110)로부터 상기 소스 가스 공급관(120)을 통해 공급되는 소스 산화물을 배기하는 덤프 라인(190)과, 상기 덤프 라인(190) 상에 설치되어 더미 플로우 작업 시 개방되는 덤프 밸브(191)와, 상기 챔버(130) 상기 진공펌프에 의해 펌핑되는 상기 제 1 배출관(160) 및 제 2 배출관(161) 내의 압력을 감지하는 제 2 압력 감지기(41)와, 상기 제 2 압력 감지기(141)와 상기 덤프 라인(190)사이에 설치되어 상기 덤프 라인(190) 및 상기 제 2 배출관(161)을 통해 배기되는 상기 소스 가스 및 소스 산화물이 상기 제 2 압력 감지기(141)로 유입되지 않도록 상기 소스 가스 및 소스 산화물을 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브(142)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 불활성 기체는 아르곤, 헬륨, 질소 또는 수소 중 적어도 하나이상을 포함한다. 또한, 상기 불활성 기체를 이용하여 상기 소스 가스를 생성하는 상기 소스 가스 박스(110)는 외부로부터 운반가스 공급관(111) 및 희석 가스 공급관(112)을 통해 공급되는 상기 불활성 기체를 소정 온도(예컨대 약 50℃정도)로 가열하는 핫 박스(114)와, 상기 핫 박스(114)를 통해 가열 공급되는 상기 불활성 기체를 이용하여 소스 용액을 버블링시켜 소스 가스를 생성하는 소스 앰퓰(115)을 포함하여 이루어진다. 핫 가스 공급관(113)을 통해 공급된 핫 가스를 유입하여 스크러버(scrubber)(117)로 배출시켜 상기 소스 앰퓰을 일정한 온도(예컨대 약 40℃ 내지 약 50℃정도)로 유지하고, 상기 핫 박스(114) 및 상기 소스 앰퓰(115)을 둘러싸는 밀봉관(116)을 더 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 핫 박스(114)는 가열 재킷(heating jacket)을 더 포함한다.
따라서, 상기 소스 앰퓰(115) 내의 소스 용액을 버블링시키기 위해 상기 불활성 기체는 소정 유량(예컨대 약 500sccm정도)으로 상기 운반 가스 공급관을 통해 상기 소스 앰퓰(115) 내에 일정하게 유입되고, 상기 소스 용액의 버블링에 의해 생성되는 상기 소스 가스는 상기 희석 가스 공급관(112)을 통해 유입되는 불활성 기체에 의해 희석되어 소정 농도를 갖고 상기 소스 가스 공급관(120)을 통해 상기 챔버(130)로 공급된다.
이때, 상기 소스 용액으로 메틸 파이로리딘 알레인(1-methyl pyrrolidine alane; MPA)이 사용되며, 상기 소스 앰퓰(115) 내에 약 2/3정도 충만되고, 고압의 질소 가스로 압축되어 있다. 또한, 소스 용액의 특성은 표 1과 같다.
또한, 상기 소스 가스 공급관(120)은 상기 소스 앰퓰(115)에서 생성된 상기 소스 가스를 상기 챔버(130)에 이동시키기 위해 금속관으로 이루어져 있으며, 상기 소스 가스의 응축을 방지하기 위해 상기 금속관의 둘레에서 상기 소스 가스를 소정 온도(예컨대 약 45℃ 내지 60℃정도)로 가열하는 가열 재킷을 포함하여 이루어진다.
도시하지는 않았지만, 상기 챔버(130)는 상기 웨이퍼 상에 상기 소스 가스를 분사하는 분사 노즐과, 상기 웨이퍼를 압착 지지하는 척과, 상기 소스 가스를 일정온도(약 100℃ 내지 약 160℃정도) 이상으로 가열하는 히터(heater)를 더 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 소스 가스를 이용하여 상기 웨이퍼 상에 금속(예컨대 알루미늄) 박막을 형성할 경우, 상기 척은 상기 챔버(130) 하부에서 일부 돌출되어 상기 웨이퍼를 중심 부분에 압착 고정한다.
이때, 상기 웨이퍼 외곽의 상기 척 또는 척 주변에 상기 소스 가스가 반응하여 금속 물질이 발생할 수 있기 때문에 상기 보조 가스 박스(150)의 제 1 보조 가스 공급관(151)로부터 공급되는 상기 불활성 기체를 상기 척 또는 상기 척 주변에 일정한 유량(예컨대 약 500sccm 정도)으로 흘려 상기 척으로 상기 소스 가스가 접근하지 못하도록 할 수 있다.
또한, 상기 척은 소정 압력으로 상기 웨이퍼를 압착시키기 위해 상기 척 중심으로 연결되는 제 2 보조 가스 공급관(152)으로부터 불활성 기체를 일정한 유량(예컨대 약 300sccm정도)으로 공급받아 상기 웨이퍼를 고정시킬 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼 상의 금속 박막 형성 공정 시 상기 제 2 보조 가스 공급관(152)으로 공급되는 불활성 기체의 압력은 상기 챔버(130) 내부의 압력보다 낮아야만 한다.
뿐만 아니라, 상기 제 1 압력 감지기(140)는 상기 챔버(130) 내부의 압력을 감지하기 위해 각각 1Torr 바라트론 센서(도시하지 않음)와, 100Torr 바라트론 센서(도시하지 않음)로 구성되어 상기 챔버(130) 내부에서 이격되는 송기관(154)에 설치되는 데, 상기 제 1 압력 감지기(140) 전단의 상기 송기관(154)으로 연결되는 제 3 보조 가스 공급관(153)을 통하여 공급되는 불활성 기체를 이용하여 상기 송기관(154)으로 유입되는 소스 가스를 차단하여 보호받을 수 있다. 이때, 상기 제 3 보조 가스 공급관(153)은 상기 제 1 압력 감지기(140)의 송기관(140) 및 상기 제 2 배출관(161)으로 연결되어 각각 상기 챔버(130)와 상기 제 2 배출관(161)에 불활성 기체를 공급하여 이들을 퍼지(purge)시킬 수 있다.
그리고, 상기 챔버(130)의 압력은 상기 제 1 진공 펌프(170)의 펌핑동작으로부터 상기 제 1 배출관(160) 및 제 2 배출관(161) 상기 소스 가스를 배기함으로서, 상기 챔버(130)의 압력이 낮아진다.
이때, 상기 챔버(130)는 클러스터(cluster) 방식의 공정 장비의 일부로 구성되어 있으며, 상기 박막 형성 공정을 요하는 웨이퍼를 상기 챔버(130) 내부에 로딩/언로딩하기 위해 상기 챔버(130)와 연통되는 트랜스퍼 챔버(도시하지 않음)에 비해 상대적으로 높은 압력을 갖는다.
이때, 상기 박막 형성 공정 시 챔버(130) 내부의 압력은 약 1Torr 내지 약 5Torr 정도이고, 상기 트랜스퍼 챔버 내부의 압력은 약 1 ×10-4Torr 내지 1 ×10-8Torr정도이다.
따라서, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 상기 박막 형성 공정이 완료될 때 상기 챔버(130) 내부의 고진공으로 만들기 위해 상기 게이트 밸브(182)를 닫고, 상기 제 1 진공 펌프(170)의 전단의 상기 더미 배출관(162)에 연결된 상기 제 2 진공 펌프(171)를 이용하여 상기 챔버(130) 내부의 상기 잔류 가스를 펌핑한다.
또한, 상기 박막 형성 공정 중에 상기 제 1 진공 펌프(170)에 의한 잔류 가스의 배기는 상기 챔버(130) 내부의 압력보다 상기 제 1 배출관(160) 및 제 2 배출관(161)의 압력이 더 낮을 경우에만 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 포라인 밸브(183) 및 러핑 밸브(180)가 형성된 제 1 배출관(160)과 상기 제 1 진공 펌프(170) 사이의 상기 제 2 배출관(161)에 형성된 제 2 압력 감지기(141)는 상기 제 1 진공 펌프(170)의 펌핑 압력을 측정한다.
이때, 상기 제 2 압력 감지기(141)는 열전대(Thermo-Couple) 게이지(gage)로 구성된다. 도시하지는 않았지만, 상기 열전대 게이지는 일정한 전류를 인가하여 일정한 온도로 가열된 필라멘트에 일함수가 다른 두 금속선이 접합된 열전대를 접합시켜 상기 열전대에 전압을 인가하여 상기 필라멘트의 온도에 따른 출력 전압으로부터 압력을 감지한다.
즉, 상기 열전대 게이지가 진공 상태에 있을 경우 기체 분자들이 필라멘트와 충돌하면서 상기 필라멘트의 열을 빼앗아 가게 되고, 상기 열전대는 상기 필라멘트의 변화된 온도를 감지하여 상기 필라멘트에 충될되는 상기 기체 분자들의 평균값을 계산함으로써 간접적인 방법으로 압력을 측정한다.
따라서, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 일정 유량의 소스 가스를 상기 챔버(130) 내부에 공급하고, 상기 챔버(130) 내부에 유입된 소스 가스를 가열하고, 상기 제 1 진공 펌프(170)의 펌핑으로부터 자동압력조절 밸브(181)의 동작에 의해 상기 챔버(130) 내부의 압력을 일정하게 유지하여 재현성 있는 알루미늄 금속 박막을 상기 웨이퍼 상에 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 상기 소스 가스를 생성하는 상기 소스 가스 박스(110) 내의 상기 소스 앰퓰(115)은 일정 횟수의 웨이퍼 박막 형성 이후 주기적으로 교체된다.
이때, 상기 더미 플로우 작업 시 상기 소스 산화물 또는 소스 가스를 배기하기 위해 소스 가스 공급밸브(121)를 닫고, 상기 소스 가스 공급관(120)에 연결된 상기 덤프 라인(190)의 입구에 형성된 덤프 밸브(191)를 열고, 상기 제 1 배출관(160) 및 더미 배출관(162)에 형성된 상기 러핑 밸브(180) 및 포라인 밸브(183)를 닫고 상기 제 1 진공 펌프(170)의 펌핑압력으로 상기 소스 가스 및 소스 산화물을 배기 시킨다.
따라서, 새로운 소스 앰퓰(115)를 교환한 후에 상기 소스 가스 공급관(120)으로부터 상기 제 2 배출관(161)에 연결된 덤프 라인(190) 및 덤프 밸브(191)를 통해 상기 질소 가스와 상기 소스 용액의 표면에서 발생된 부유물과 같은 소스 산화물, 또는 소스 가스를 상기 챔버(130) 내부로 유입시키지 않고, 상기 소스 가스 공급관(120)에서 상기 제 2 배출관(161)으로 바이패스시키기 위한 더미 플로우(dumy flow) 작업이 이루어진다.
그러나, 상기 덤프 라인(190)과 연결되는 상기 제 2 배출관(161)에 형성된 상기 제 2 압력 감지기(141)에 상기 소스 가스 및 소스 산화물이 유입되고 상기 제 2 압력 감지기(141) 내부에 금속 물질을 형성할 경우 상기 제 2 압력 감지기(141)의 동작 불량을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명의 화학기상증착장치는 상기 제 2 압력 감지기(141)의 전단에 압력 감지기 보호용 밸브(142)를 더 체결하여 상기 소스 가스 및 소스 산화물이 상기 제 2 압력 감지기(141)로 유입되지 않도록 하여 상기 제 2 압력 감지기(141)의 수명을 증가 또는 극대화시키고, 상기 제 2 압력 감지기(141)의 불량을 방지하여 생산 공정의 불량을 감소 또는 최소화할 수 있다.
이때, 상기 더미 플로우 작업 시 상기 덤프 밸브(191)는 상기 소스 가스 공급관(120)에서 상기 덤프 라인(190)으로의 상기 질소 가스 및 소스 산화물을 유입시키기 위한 것으로 상기 압력 감지기 보호용 밸브(142)와 서로 반대되는 개폐 동작을 한다.
즉, 상기 덤프 밸브(191)가 열릴 경우 상기 덤프 라인(190)으로 상기 소스 가스 및 소스 산화물이 유입되어 상기 제 2 배출관(161)으로 흐르기 때문에 상기 압력 감지기 보호용 밸브(142)는 닫혀야 하고, 상기 덤프 밸브(191)가 닫힐 경우 상기 소스 가스 및 산화물이 상기 덤프 라인(190) 및 배출관으로 더 이상 유입되지 않기 때문에 상기 압력 감지기 보호용 밸브(142)는 열려져야 한다.
따라서, 본 발명의 화학기상증착장치는 상기 덤프 밸브(191)와 압력 감지기 보호용 밸브(142)는 단일 공압 라인(143)을 통해 서로 배타적으로 동작되도록 구성되어 더미 플로우 작업 시 상기 제 2 압력 감지기(141)를 보호할 수 있다.
결국, 본 발명의 화학기상증착장치는 더미 플로우 작업 시 배기되는 소스 가스 및 소스 산화물로부터 제 2 압력 감지기(141)를 보호할 수 있기 때문에 생산성을 높일 수 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 더미 플로우 작업 시 소스 가스 또는 소스 산화물이 배출관의 압력을 감지하는 압력 감지기로 유입되는 것을 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브를 구비하여 상기 제 2 압력 감지기의 동작 불능을 방지하여 생산 공정 불량을 감소 또는 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 화학기상증착장치는 더미 플로우 작업 시 소스 가스 또는 소스 산화물이 배출관의 압력을 감지하는 압력 감지기로 유입되는 것을 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브를 구비하여 상기 제 2 압력 감지기의 수명을 극대화하여 생산성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 화학기상증착장치의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 소스 가스 박스 111 : 운반 가스 공급관
112 : 희석 가스 공급관 113 : 핫 가스 공급관
114 : 핫 박스 115 : 소스 앰퓰
116 : 밀봉관 116 : 스크러버
120 : 소스 가스 공급관 121 : 소스 가스 공급밸브
130 : 챔버 140 : 제 1 압력 감지기
141 : 제 2 압력 감지기 142 : 압력 감지기 보호용 밸브
143 : 공압 라인 150 : 보조 가스 박스
151 : 제 1 보조 가스 공급관 152 : 제 2 보조 가스 공급관
153 : 제 3 보조 가스 공급관 154 : 송기관
160 : 제 1 배출관 161 : 제 2 배출관
162 : 더미 배출관 170 : 제 1 진공 펌프
171 : 제 2 진공 펌프 180 : 러핑 펌프
181 : 자동압력조절 밸브 182 : 게이트 밸브
183 : 포라인 밸브 190 : 덤프 라인
191 : 덤프 밸브
Claims (32)
- 불활성 기체의 버블링을 이용하여 소스 가스를 생성하는 소스 가스 박스와,상기 소스 가스 박스에서 소스 가스 공급관을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 이용하여 일정 온도 및 압력에서 웨이퍼 상에 금속 박막을 형성하는 챔버와,상기 챔버에 연통하는 배출관을 통해 상기 챔버 내부의 잔류가스를 배기하는 진공 펌프와,상기 배출관 내부의 압력을 감지하는 배출관 압력 감지기와,상기 소스 가스 공급관과 상기 배출관사이에 연결되고, 덤프 밸브의 열림에 의해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 상기 진공펌프로 바이패스시키는 덤프 라인과,상기 덤프 라인 및 상기 배출관을 통해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 배기될 경우 상기 배출관에 형성된 배출관 압력 감지기로 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 유입되지 않도록 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 불활성 기체는 아르곤, 질소, 헬륨 또는 수소 중 적어도 하나 이상임을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 소스 가스 박스는,외부로부터 운반가스 공급관 및 희석 가스 공급관을 통해 공급되는 상기 불활성 기체를 소정 온도로 가열하는 핫 박스와,상기 핫 박스에서 가열 공급되는 상기 불활성 기체를 이용하여 소스 용액을 버블링시켜 소스 가스를 생성하는 소스 앰퓰와,상기 핫 박스 및 상기 소스 앰퓰을 둘러싸고, 핫 가스 공급관을 통해 공급된 핫 가스를 유입하여 스크러버로 배출시켜 상기 소스 앰퓰을 일정한 온도로 유지하 는 밀봉관을 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 운반 가스 공급관으로 공급되는 상기 불활성 기체는 약 500sccm 정도의 유량을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 핫 박스는 가열 자켓을 더 구비함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 핫 박스의 온도는 약 50℃임을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 소스 용액은 메틸 피롤리다인 알란임을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 소스 앰퓰은 약 40℃ 내지 50℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 소스 가스 공급관은 가열 자켓을 더 구비함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 소스 가스 공급관으로 공급되는 상기 소스 가스는 약 55℃ 정도의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 일정 온도는 약 110℃ 내지 약 160℃ 정도임을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 일정 압력은 약 0.1 Torr 내지 5 Torr정도임을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 챔버 내부의 압력을 감지하는 챔버 압력 감지기를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 챔버 압력 감지기는 복수개의 바라트론 센서로 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 박막의 형성 시 상기 챔버 내부에 불활성 기체를 공급하는 보조 가스 박스를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 챔버는,상기 웨이퍼 상에 상기 소스 가스를 분사하는 노즐과,상기 웨이퍼를 지지하는 척과,상기 공급관을 통해 공급된 소스 가스를 가열하는 히터를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,상기 보조 가스 박스는,상기 금속 박막의 형성시 상기 웨이퍼가 지지되는 상기 척 가장자리에 상기 불활성 기체를 공급하는 제 1 보조 가스 공급관과,상기 웨이퍼를 상기 척 상에 고정하는 진공압을 유지하기 위해 소정 압력으로 상기 불활성 기체를 공급하는 제 2 보조 가스 공급관과,상기 금속 박막의 완료 후 상기 챔버의 퍼지 또는 진공펌핑 시 상기 불활성 기체를 공급하는 제 3 보조 가스 공급관을 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 1 보조 가스 공급관으로 공급되는 상기 불활성 기체는 약 500sccm정도의 유량을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 2 보조 가스 공급관으로 공급되는 상기 불활성 기체는 약 300sccm정도의 유량을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 3 보조 가스 공급관은 상기 챔버 및 상기 제 2 배출관에 연결함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 챔버에 연결되는 상기 제 3 보조 가스 공급관은 상기 제 1 압력 감지기가 형성된 송기관에 형성함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 배출관은 제 1 배출관 및 제 2 배출관으로 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 22 항에 있어서,상기 제 1 배출관은 포라인 밸브 및 제 2 진공 펌프가 형성된 더미 배출관을 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 2 진공 펌프는 터보 펌프로 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 22 항에 있어서,상기 제 1 배출관으로부터 배출되는 잔류 가스를 차단하는 러핑 밸브와,상기 러핑 밸브가 열려 있는 상태에서 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 자동압력조절 밸브와,상기 웨이퍼의 박막 형성완료 후 상기 챔버를 고진공 만들기 위해 상기 잔류 가스가 더미 배출관을 통해 유입되도록 상기 제 1 배출관을 차단하는 게이트 밸브가 순차적으로 연결됨을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 25 항에 있어서,상기 배출관 압력 감지기는 상기 러핑 펌프 및 포라인 밸브의 후단의 상기 배출관에 설치함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 배출관 압력 감지기는 열전대 게이지로 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 압력 감지기 보호용 밸브는 공기압 방식을 이용함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 압력 감지기용 밸브는 상기 덤프 밸브와 단일 공압 라인으로 연결함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 덤프 밸브는 더미 플로우 작업 시 개방됨을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 압력 감지기 보호용 밸브는 상기 덤프 밸브와 서로 반대로 개폐 동작함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
- 불활성 기체의 버블링을 이용하여 소스 가스를 생성하는 소스 가스 박스와,상기 소스 가스 박스에서 소스 공급관을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 이용하여 일정 온도 및 압력에서 웨이퍼 상에 금속 박막을 형성하는 챔버와,상기 챔버 내부의 압력을 감지하는 제 1 압력 감지기와,상기 박막의 형성 시 상기 챔버 내부에 상기 불활성 기체를 공급하는 보조 가스 박스와,상기 챔버에 연통하는 제 1 배출관 및 제 2 배출관을 통해 상기 챔버 내부의 잔류가스를 펌핑하는 제 1 진공 펌프와,상기 제 1 배출관 및 제 2 배출관 내부의 압력을 감지하는 제 2 압력 감지기와,상기 소스 가스 공급관과 상기 제 2 배출관사이에 연결되고, 덤프 밸브의 열림에 의해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물을 상기 진공펌프로 바이패스시키는 덤프 라인과,상기 덤프 라인 및 상기 제 2 배출관을 통해 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 배기될 경우 상기 제 2 압력 감지기로 상기 소스 가스 또는 소스 산화물이 유입되지 않도록 차단하는 압력 감지기 보호용 밸브를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
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