KR20050049696A - 퍼징유닛을 구비한 원자층 증착설비 - Google Patents

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Abstract

원자층 증착설비를 제공한다. 이 원자층 증착설비는 웨이퍼가 안착되도록 웨이퍼척이 구비되고, 내부에 일정크기의 밀폐된 내부공간이 마련된 프로세스챔버와, 프로세스챔버에 공급되도록 액상의 소오스물질을 공급해주는 액상소오스 공급부와, 프로세스챔버의 근접한 곳에 구비되며 프로세스챔버 내부로 공급되도록 액상의 소오스물질을 기상인 가스상태로 변환시켜주는 기화기와, 기화기와 액상소오스 공급부 사이에 개재되며 액상소오스 공급부로부터 공급되는 액상의 소오스물질을 기화기 내부로 분사시켜주는 인젝터와, 기화기에 연결되며 기화기에서 기상으로 변환된 소오스가스가 프로세스챔버로 공급되도록 기화기와 프로세스챔버 사이를 연결해주는 소오스가스 공급배관 및, 기화기 프로세스챔버 사이에 개재되며 기화기에 잔존하는 기화되지 않은 소오스와 불순물들을 모두 제거하는 퍼징유닛을 포함한다.

Description

퍼징유닛을 구비한 원자층 증착설비{Atomic Layer Deposition equipment having purging unit}
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체상태의 소오스(Source)물질을 기화시켜 이를 프로세스챔버(Process chamber)의 내부로 공급함으로 웨이퍼(Wafer) 상에 소정박막을 증착하는 원자층 증착설비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조공정에는 웨이퍼 상에 소정박막을 증착하는 박막증착공정이 필수적으로 포함된다.
이와 같은 박막증착공정은 주로 화학기상증착 방식이나 물리기상증착 방식에 의해 수행되고 있다. 그러나, 이러한 화학기상증착 방식 및 물리기상증착 방식의 박막증착공정은 반도체 소자의 초 고집적화에 따라 점차 한계점에 이르고 있다.
따라서, 최근에는 화학기상증착 및 물리기상증착 방식의 박막증착공정 외에 원자층증착(Atomic Layer Deposition) 방식의 박막증착공정이 제안된 바 있다.
이러한 원자층증착 방식은 원하는 박막을 얻는데 필요한 두 가지 이상의 소오스가스(Source gas)들을 웨이퍼가 안착된 프로세스챔버에 번갈아 공급함으로써 웨이퍼 상에 원하는 박막을 증착하는 방식으로, 소오스가스가 웨이퍼 표면에서만 반응하고 가스와 가스간의 반응은 일어나지 않기 때문에 박막 특성이 좋고 박막 두께의 제어가 용이하여 반도체 소자의 초 고집적화 환경에서도 그 적용이 확대되고 있다.
한편, 이와 같은 원자층증착 방식으로 박막을 증착시키기 위해서는 프로세스챔버 내부의 웨이퍼 표면까지 기체상태인 소오스가스를 공급해주어야 한다. 그러나, 박막형성에 사용되는 소오스물질이 기체상태가 아닌 액체상태(이하,'액상'이라 칭함)로 존재할 경우 이러한 액상의 소오스물질을 기화시킨 다음 프로세스챔버 내부의 웨이퍼 표면까지 이송하게 되는데 이러한 이송방법은 기화된 후 이송되는 소오스가스가 시간이 경과함에 따라 변질되는 등 매우 어려운 문제점이 있다.
이에 따라 프로세스챔버의 소오스가스 유입구 근처까지는 소오스물질을 액상으로 공급한 다음 그 근처에 도달해서는 이 소오스물질을 기화시켜 소오스가스로 공급하는 방법 즉, 액상공급시스템(Liquid Delivery System)이 제시되고 있다. 이와 같은 액상공급시스템을 이용한 소오스가스 공급방법은 프로세스챔버의 근처에 도달하여 소오스물질을 기화시키고 공급하기 때문에 종래 시간이 경과함에 따라 소오스가스가 변질되는 등의 문제를 해소할 수 있게 된다.
이하, 액상공급시스템이 적용된 종래 원자층 증착설비의 일예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
즉, 종래 원자층 증착설비는 웨이퍼가 안착되되 내부로 소오스가스가 유입되도록 소오스가스 유입구가 마련된 프로세스챔버와, 프로세스챔버의 근접한 곳에 구비되고 프로세스챔버 내부로 공급되도록 액상의 소오스물질을 기상인 가스상태로 변환시켜주는 기화기와, 기화기에 연결되며 액상의 소오스물질이 용이하게 변환되도록 기화기 내부로 액상의 소오스물질을 분사시켜주는 인젝터(Injector)를 구비함으로 구현되고 있다.
따라서, 액상의 소오스물질은 인젝터에 의해 기화기 내부로 반복적으로 분사되고, 분사된 소오스물질은 기화기 내부에서 기상인 가스상태로 변환되며, 변환된 이후에는 프로세스챔버 내부의 웨이퍼 표면으로 공급되어진다. 이에, 웨이퍼의 표면에서는 소정박막이 증착되는 것이다.
그러나, 이와 같은 방법으로 프로세스챔버 내부에 소오스가스를 계속 공급할 경우, 기화기 내부에서 전혀 기화되지 않은 소오스 및 이 소오스와 함께 기화기 내부로 분사되어진 불순물들까지도 프로세스챔버 내부로 공급되어지기 때문에 양질의 박막을 형성하는데는 다소 어려움이 따르게 되는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 양질의 박막을 형성 및 증착할 수 있는 원자층 증착설비를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 원자층 증착설비는 웨이퍼가 안착되도록 웨이퍼척이 구비되고, 내부에 일정크기의 밀폐된 내부공간이 마련된 프로세스챔버와, 프로세스챔버에 공급되도록 액상의 소오스물질을 공급해주는 액상소오스 공급부와, 프로세스챔버의 근접한 곳에 구비되며 프로세스챔버 내부로 공급되도록 액상의 소오스물질을 기상인 가스상태로 변환시켜주는 기화기와, 기화기와 액상소오스 공급부 사이에 개재되며 액상소오스 공급부로부터 공급되는 액상의 소오스물질을 기화기 내부로 분사시켜주는 인젝터와, 기화기에 연결되며 기화기에서 기상으로 변환된 소오스가스가 프로세스챔버로 공급되도록 기화기와 프로세스챔버 사이를 연결해주는 소오스가스 공급배관 및, 기화기 프로세스챔버 사이에 개재되며 기화기에 잔존하는 기화되지 않은 소오스와 불순물들을 모두 제거하는 퍼징유닛(Purging unit)을 포함한다.
이때, 상기 퍼징유닛은 기화되지 않은 소오스와 불순물들이 외부로 배출되도록 소오스가스 공급배관 상에 연결된 퍼징배관과, 프로세스챔버로 공급되는 소오스가스의 공급방향을 퍼징배관으로 전환하도록 소오스가스 공급배관 상에 설치되는 소오스가스 차단밸브(Valve) 및, 퍼징배관 상에 설치되며 퍼징배관을 선택적으로 개폐하는 퍼징밸브를 포함한 것이 바람직하다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 원자층 증착설비의 바람직한 일실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착설비의 일실시예를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 원자층 증착설비(100)는 소오스가스(85)가 공급되어 웨이퍼(90) 표면에 박막이 증착되는 프로세스챔버(150)와, 프로세스챔버(150)에 공급되도록 액상의 소오스물질(80)을 공급해주는 액상소오스 공급부(110)와, 공급되는 액상의 소오스물질(80)을 기체상태인 가스상태로 변환시켜 프로세스챔버(150) 내부로 공급해주는 기화부 및, 기화부와 프로세스챔버(150) 사이에 개재되며 기화부를 크리닝(Cleaning)시켜주는 퍼징유닛(160)을 구비한다.
프로세스챔버(150)는 박막증착공정이 진행되도록 일정크기의 밀폐된 내부공간이 마련된 통체형상으로, 하측에는 외부로부터 로딩되는 웨이퍼(90)가 안착되도록 웨이퍼척(Wafer chuck,154)이 마련되며, 상측에는 프로세스챔버(150) 내부로 공급되는 소오스가스(85)를 챔버(150) 내부로 분배시켜주는 샤워헤드(Shower head,152)가 구비된다.
액상소오스 공급부(110)는 액상의 소오스물질(80)이 저장되는 소오스물질 저장탱크(Tank,116)와, 소오스물질 저장탱크(116)에 연결된 소오스물질 공급배관(114)을 이용하여 소오스물질 저장탱크(116)로 소정 소오스물질(80)을 공급해주는 소오스물질 공급원(미도시)과, 소오스물질 공급배관(114)에 설치되며 소오스물질 공급원으로부터 공급되는 소오스물질(80)의 유량을 제어하는 유량제어기(Mass Flow Controller,112)와, 소오스물질 저징탱크(116)에 저장된 소오스물질(80)이 기화부로 공급될 수 있도록 후술될 인젝터(120)와 소오스물질 저장탱크(116)를 상호 연결해주는 소오스물질 공급배관(117) 및, 소오스물질 저장탱크(116)에 저장된 소오스물질(80)이 액상의 상태로 기화부에 공급될 수 있도록 소오스물질 저장탱크(116)로 Ar과 같은 소정 캐리어가스(Carrier gas)를 공급해주는 캐리어가스 공급원(미도시)으로 구성된다.
기화부는 프로세스챔버(150)의 근접한 곳에 구비되며 프로세스챔버(150) 내부로 공급되도록 액상의 소오스물질(80)을 기체상태인 가스상태로 변환시켜주는 기화기(130)와, 기화기(130)에 연결되며 소오스물질 공급배관(117)으로부터 공급되는 액상의 소오스물질(80)이 기체상태인 가스상태로 용이하게 변환되도록 기화기(130) 내부로 액상의 소오스물질(80)을 분사시켜주는 인젝터(120)와, 기화기(130)의 일측에 결합되며 기화기(130)에서 변환된 소오스가스(85)가 프로세스챔버(150)로 공급되도록 기화기(130)와 프로세스챔버(150) 사이를 연결해주는 소오스가스 공급배관(170)과, 기화기9130)의 타측에 결합되며 기화기(130) 내부의 소오스가스(85)가 프로세스챔버(150)의 내부로 공급되도록 소정 캐리어가스가 공급되는 제1캐리어가스 공급배관(140) 및, 소오스가스 공급배관(170) 상에 연결되며 소오스가스(85)의 공급이 용이하도록 소정 캐리어가스가 더 공급되는 제2캐리어가스 공급배관(175)으로 구성된다.
한편, 기화부를 크리닝시켜주는 퍼징유닛(160)은 기화기(130) 내부에 잔존하는 전혀 기화되지 않은 소오스(미도시) 및 이 소오스와 함께 기화기 내부로 분사되어진 불순물들(미도시)을 외부로 배출함으로써 기화부를 크리닝하게 되며, 기화되지 않은 소오스와 불순물들을 외부로 배출시키도록 소오스가스 공급배관(170) 상에 연결된 퍼징배관(166)과, 소오스가스 공급배관(170) 상에 설치되며 프로세스챔버(150)로 공급되는 소오스가스(85)의 공급방향을 퍼징배관(166)으로 전환하도록 소오스가스 공급배관(170)을 선택적으로 개폐하는 소오스가스 차단밸브(162) 및, 퍼징배관(166) 상에 설치되며 선택적으로 개폐됨으로써 불순물 등의 배출을 온(On)/오프(Off)시키는 퍼징밸브(164)로 구성된다.
도면 중 미설명부호 118과 142 및 173은 각각 소오스물질 공급배관(117)과 제1ㆍ제2캐리어가스 공급배관(140,175) 상에 설치되어 각 배관을 선택적으로 개폐시키는 제1ㆍ제2ㆍ제3개폐밸브(118,142,173)를 지칭한 것이다.
이하, 이상과 같이 구성된 본 발명 원자층 증착설비(100)의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 외부로부터 웨이퍼(90)가 로딩(Loading)되어 프로세스챔버(150) 내부의 웨이퍼척(154)에 웨이퍼(90)가 안착되면, 액상소오스 공급부(110)는 액상의 소오스물질(80)을 인젝터(120)로 공급하게 된다.
이후, 인젝터(120)는 기화기(130) 내부로 액상의 소오스물질(80)을 분사하게 된다. 이에 액상의 소오스물질(80)은 기화기(130) 내부에서 기체상태인 소오스가스(85)로 변환된다.
이후, 기화기(130)에 결합된 제1캐리어가스 공급배관(140)으로는 소오스가스(85)를 이송시키기 위한 캐리어가스가 공급된다. 따라서, 기화기(130) 내부에서 기체상태로 변환된 소오스가스(85)는 이러한 캐리어 가스에 의하여 소오스가스 공급배관(170)을 따라 프로세스챔버(150) 내부로 공급된다. 이때, 퍼징유닛(160)의 소오스가스 개폐밸브(162)는 오픈된 상태로 유지되고, 퍼징밸브(164)는 클로우징된 상태로 유지된다. 이에 프로세스챔버(150) 내부의 웨이퍼(90) 표면에는 공급되는 소오스가스(85)의 반응에 의하여 소정박막이 형성 및 증착된다.
이후, 작업자는 퍼징유닛(160)을 이용하여 기화기(130) 내부에 잔존하는 전혀 기화되지 않은 가스와 불순물들을 제거하게 된다.
즉, 작업자는 먼저 퍼징유닛(160)의 소오스가스 개폐밸브(162)를 오픈(Open)된 상태에서 클로우즈(Close) 상태로 전환함과 아울러 퍼징유닛(160)의 퍼징밸브(164)를 오픈시키게 된다.
이후, 작업자는 기화기(130)에 결합된 제1캐리어가스 공급배관(140)으로 캐리어가스를 계속 공급하게 된다. 이에 기화기(130) 내부에 잔존하는 전혀 기화되지 않은 가스와 불순물들은 이러한 소오스가스 개폐밸브(162)와 퍼징밸브(164) 및 퍼징배관(166)의 안내를 따라 외부로 배출됨으로 모두 제거된다.
이후, 작업자는 소오스가스 개폐밸브(162)와 퍼징밸브(164)를 다시 원래의 상태로 전환한 다음 소정 박막증착공정을 진행하게 되는데, 이때의 웨이퍼(90) 표면에는 불순물 등이 전혀 포함되지 않은 매우 양호한 박막이 형성된다.
본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자층 증착설비에는 기화기 내부에 잔존하는 불순물들을 모두 제거할 수 있도록 퍼징유닛이 구비되기 때문에 이와 같은 설비를 이용하여 박막증착공정을 진행하면 불순물이 없은 양질의 박막을 형성 및 증착할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착설비의 일실시예를 개략적으로 도시한 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 원자층 증착설비 110 : 액상소오스 공급부
120 : 인젝터 130 : 기화기
150 : 프로세스챔버 160 : 퍼징유닛

Claims (2)

  1. 웨이퍼가 안착되도록 웨이퍼척이 구비되고, 내부에 일정크기의 밀폐된 내부공간이 마련된 프로세스챔버;
    상기 프로세스챔버에 공급되도록 액상의 소오스물질을 공급해주는 액상소오스 공급부;
    상기 프로세스챔버의 근접한 곳에 구비되며 상기 프로세스챔버 내부로 공급되도록 상기 액상의 소오스물질을 기상인 가스상태로 변환시켜주는 기화기;
    상기 기화기와 상기 액상소오스 공급부 사이에 개재되며 상기 액상소오스 공급부로부터 공급되는 액상의 소오스물질을 상기 기화기 내부로 분사시켜주는 인젝터;
    상기 기화기에 연결되며 상기 기화기에서 기상으로 변환된 소오스가스가 상기 프로세스챔버로 공급되도록 상기 기화기와 상기 프로세스챔버 사이를 연결해주는 소오스가스 공급배관 및;
    상기 기화기와 상기 프로세스챔버 사이에 개재되며 상기 기화기에 잔존하는 기화되지 않은 소오스와 불순물들을 모두 제거하는 퍼징유닛을 포함한 것을 특징으로 하는 원자층 증착설비.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 퍼징유닛은 상기 기화되지 않은 소오스와 불순물들이 외부로 배출되도록 상기 소오스가스 공급배관 상에 연결된 퍼징배관과, 상기 프로세스챔버로 공급되는 소오스가스의 공급방향을 상기 퍼징배관으로 전환하도록 상기 소오스가스 공급배관 상에 설치되는 소오스가스 차단밸브 및, 상기 퍼징배관 상에 설치되며 상기 퍼징배관을 선택적으로 개폐하는 퍼징밸브를 포함한 것을 특징으로 하는 원자층 증착설비.
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