KR20070064454A - 가스공급장치 및 이를 이용하는 가스공급방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 소스물질을 기화시키는 버블러; 기판을 처리하는 챔버; 상기 버블러와 상기 챔버를 연결시키는 가스공급관; 상기 가스공급관에 설치되는 저장부; 상기 버블러와 상기 저장부 사이에 설치되는 제1 밸브; 상기 저장부와 상기 챔버 사이에 설치되는 제2 밸브를 포함하는 가스공급장치와 이를 이용하는 가스공급방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 버블러를 이용하여 챔버 내부로 소스물질을 공급하는 가스공급장치에 있어서 버블러에 저장된 소스물질의 잔량에 관계없이 항상 일정한 양의 소스물질을 챔버 내부로 공급할 수 있기 때문에 공정재현성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
가스공급장치, 버블러, 저장부
Description
도 1은 종래 가스공급장치의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스공급장치의 구성도
도 3은 2개의 저장부가 직렬로 연결된 모습을 나타낸 도면
도 4는 2개의 저장부가 병렬로 연결된 모습을 나타낸 도면
도 5 및 도 6은 저장부와 챔버 사이에 유량조절기가 설치된 모습을 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 가스공급장치 110 : 버블러
112, 142 : 압력게이지 120 : 운반가스공급관
122 : 운반가스유량조절장치 130 : 가스공급관
131,132,133,134, 135 : 제1,2,3,4,5 밸브
140,150 : 제1,2 저장부 160 : 유량조절기
본 발명은 반도체소자의 제조장치에 관한 것으로서 구체적으로는 챔버 내부로 원료물질을 공급하는 가스공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자를 제조하기 위해서는 기판에 원료물질을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝(patterning)하는 식각 공정 등을 거치게 된다.
특히 반도체소자의 제조공정에서는 산화실리콘, 질화실리콘, 폴리실리콘, 금속 등을 이용하여 층간절연막, 게이트절연막, 커패시터유전막, 패시베이션막 등 다양한 박막을 형성하여야 하는데, 이러한 박막을 증착하는 방법은 여러 가지가 있다.
예를 들어 소스물질과 반응물질을 챔버 내로 분사하여 이들의 화학반응물을 기판에 증착시키는 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 전기장에 의해 가속된 이온을 소스물질에 충돌시켜 분리된 원자를 기판에 증착시키는 물리기상증착(PVD: Physical Vapor Deposition)법, 먼저 소스물질을 분사하여 기판에 증착시킨 다음 반응물질을 분사하여 기판상에서 소스물질과 반응시킴으로써 원자층 두께의 박막을 증착하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등이 있다.
본 발명은 이러한 박막증착에 사용되는 소스물질을 챔버 내부로 공급하는 가 스공급장치에 관한 것으로서, 특히 커패시터유전막으로 주로 사용되는 산화하프늄(HfO2) 막을 증착하기 위한 TEMAH(Tetrakis Ethyl Methyl Amino Hafnium: Hf(N(C2H5)CH3)4)와 같이 버블러(bubbler)를 이용하여야 하는 소스물질의 가스공급장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 가스공급장치(10)의 개략적인 구성을 도시한 것으로서, 소스물질(30)을 저장하며 이를 기화시키는 버블러(1), 버블러(1)의 내부에 설치되며 하단이 소스물질(30)에 침지되는 운반가스공급관(2), 운반가스공급관(2)에 연결되는 운반가스유량조절장치(3), 일단은 상기 버블러(1)의 상부에 연결되고 타단은 기판을 처리하는 챔버(20)에 연결되는 가스공급관(4), 가스공급관(4)에 설치되어 공정주기에 따라 온/오프되는 밸브(5)를 포함한다
버블러(1)는 저장된 소스물질(30)을 기화시키기 위한 히터(미도시)를 구비한다.
운반가스공급관(2)은 운반가스저장부(미도시)로부터 불활성가스 또는 N2 등의 운반가스를 버블러(1) 내부로 공급하며, 이렇게 공급된 운반가스는 기화된 소스물질을 가스공급관(4)을 통해 챔버(20)까지 운반하는 역할을 한다.
예를 들어 기판에 산화하프늄(HfO2) 박막을 증착하기 위해서는, 버블러(1)에서 기화된 TEMAH를 운반가스를 이용하여 챔버(20) 내부로 공급하는 한편 챔버(20)에 별도로 연결된 반응가스공급관(미도시)을 통하여 O2 또는 O3 등의 반응가스를 챔 버 내부로 공급한다.
그러면 챔버 내부에서 TEMAH와 O2 , 또는 TEMAH와 O3 가 반응하여 산화하프늄(HfO2)을 생성하게 되고 이것이 기판에 증착되어 산화하프늄 박막을 형성한다.
이러한 가스공급장치(10)는 공정주기마다 일정량의 소스물질을 챔버(20) 내부로 공급하는 것이 바람직한데, 버블러(1) 내부에 저장된 소스물질(30)은 시간이 갈수록 감소하기 때문에 액면 상부공간의 체적이 점차 증가하여 공급량이 일정하게 유지되지 못한다는 문제점이 있다.
즉, 버블러(1)에 저장된 소스물질(30)의 잔량이 점선부분인 경우와 실선부분인 경우는 액면 상부공간에 축적된 기화된 소스물질의 양이 다르기 때문에 가스공급관(4)을 통해 챔버(20)로 공급되는 소스물질의 양은 시간에 따라 달라지며, 이는 공정재현성을 저하시키는 요인이 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 버블러를 이용하여 챔버 내부로 소스물질을 공급하는 가스공급장치에 있어서 버블러에 저장된 소스물질의 잔량에 관계없이 항상 일정한 양의 소스물질을 챔버 내부로 공급할 수 있는 방안을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 소스물질을 기화시키는 버블러; 기판을 처리하는 챔버; 상기 버블러와 상기 챔버를 연결시키는 가스공급관; 상기 가스공급관에 설치되는 저장부; 상기 버블러와 상기 저장부 사이에 설치되는 제1 밸브; 상기 저장부와 상기 챔버 사이에 설치되는 제2 밸브를 포함하는 가스공급장치를 제공한다.
상기 저장부는 2개 이상이 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있으며, 상기 저장부가 직렬로 연결되는 경우 각 저장부의 사이에는 제3 밸브가 설치될 수 있다.
상기 버블러와 상기 챔버 사이에 1개 이상의 유량조절기가 설치될 수 있으며, 상기 유량조절기는 니들밸브 또는 오리피스(orifice)인 것을 특징으로 한다.
소스물질의 응축을 방지하기 위하여 상기 가스공급관과 상기 저장부의 주위에는 가열수단이 설치될 수 있다.
또한 본 발명은, 소스물질을 기화시키는 버블러; 기판을 처리하는 챔버; 상기 버블러와 상기 챔버를 연결시키는 가스공급관; 상기 가스공급관에 설치되는 저장부; 상기 버블러와 상기 저장부 사이에 설치되는 제1 밸브; 상기 저장부와 상기 챔버 사이에 설치되는 제2 밸브를 포함하는 가스공급장치를 이용하여 상기 챔버로 소스물질을 공급하는 방법에 있어서, 상기 제1 밸브를 열고 상기 제2 밸브를 닫는 단계; 상기 버블러에서 기화된 소스물질을 상기 저장부에 저장하는 단계; 상기 제1 밸브를 닫고 상기 제2 밸브를 열어 상기 저장부의 상기 소스물질을 상기 챔버로 공급하는 단계를 포함하는 가스공급방법을 제공한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스공급장치(100)의 구성을 도시한 것으로서, 소스물질(30)을 저장하는 버블러(110)의 상부에 불활성기체 또는 N2 등의 운반가스를 공급하는 운반가스공급관(120)이 연결되고, 운반가스공급관(120)에는 유량조절을 위한 유량조절장치(122)가 설치된다.
버블러(110)에는 소스물질을 기화시키기 위한 히터(미도시)가 설치되며, 내부압력을 측정할 수 있는 압력게이지(112)가 설치된다. 또한 가스공급관(130)을 통해 챔버(20)와 연결되는데, 가스공급관(130)의 일단은 버블러(110)의 상부에 연결되고 타단은 챔버(20)에 연결된다.
본 발명의 실시예는 가스공급관(130)에 버블러(110)로부터 공급되는 소스물질을 일시 저장하는 저장부(140)가 설치되는 점에 특징이 있으며, 버블러(110)와 저장부(140)의 사이에는 제1 밸브(131)가 설치되고 저장부(140)와 챔버(20)의 사이에는 제2 밸브(132)가 설치된다.
저장부(140)는 가스공급관(130)의 중간에 상기 가스공급관(130)보다 큰 직경을 가지는 배관을 연결한 형태일 수도 있고, 소정의 체적을 가지는 별도의 용기를 연결한 형태일 수도 있다. 이때 소스물질의 압력을 측정하기 위하여 저장부(140)에도 압력게이지(142)를 설치하는 것이 바람직하다.
이러한 저장부(140)는 하나만 설치 수도 있으나 챔버(20)의 용적이 큰 경우에는 2개 이상을 설치할 수도 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1,2 밸브(131,132)의 사이에 제1,2 저장부(140,150)를 서로 직렬로 연결하고 제1,2 저장부(140.150)의 사이에 제3 밸브(133)를 설치할 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 제1,2 저장부(140,150)를 병렬로 연결할 수도 있다.
병렬로 연결한 경우에는 제1 저장부(140)의 전후에 제1,2 밸브(131,132)를 설치하는 한편, 제2 저장부(150)의 전후에도 제4,5 밸브(134,135)를 설치한다.
이와 같이 2개 이상의 저장부를 설치하는 경우에도 제1 저장부(140) 또는 제2 저장부(150)에 압력게이지를 설치할 수 있다.
한편 기화된 소스물질이 가스공급관(130)과 저장부(140)를 통과하는 과정에서 응축되는 것을 방지하기 위하여, 가스공급관(130)과 저장부(140) 를 고온으로 유지할 수 있는 히터(예를 들면, 히팅 재킷)를 설치하는 것이 바람직하다.
이러한 가스공급장치(100)의 동작을 도 2를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 운반가스가 운반가스공급관(120)을 통해 버블러(110)의 내부로 공급된다.
만일 P0의 압력으로 공급되는 운반가스에 의해 버블러(110)의 내부가 소정 압력 P1에 도달하면 일단 운반가스유량조절장치(122)를 닫고, 버블러(110)로 유입된 운반가스에 의해 기화된 소스물질이 가스공급관(130)을 통해 챔버(20) 쪽으로 운반 된다.
이때 제1 밸브(131)는 열어두고 제2 밸브(132)를 닫아두면 운반된 소스물질은 일단 저장부(140)에 포집된다. 소정량의 소스물질이 저장부(140)에 채워지면 제1 밸브(131)를 닫아 저장부(140)에 채워지는 소스물질의 양이 항상 일정하도록 한다.
이때 제1 밸브(131)를 저장부(140)의 압력게이지(142)와 연동시키면 저장부(140)에 채워지는 소스물질의 양을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
이어서 공정주기에 따라 제2 밸브(132)를 열면 저장부(140)에 포집되어 있던 소스물질은 챔버(20) 내부로 공급된다. 통상 기판을 처리하는 챔버(20)의 내부압력은 진공상태이기 때문에 제2 밸브(132)를 열면 압력차에 의해 순식간에 저장부(140)의 소스물질이 챔버(20) 내부로 휩쓸려 들어간다.
저장부(140) 및 제1,2 밸브(132,134) 사이의 공간은 일정하기 때문에 챔버(20)로 유입되는 소스물질의 양이 항상 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 도 3과 같이 2개의 저장부(140,150)가 직렬로 연결된 경우에는 각 저장부 사이의 제3 밸브(133)를 이용하여 챔버(20)로 반입되는 소스물질의 양을 조절할 수 있다.
제1,2 저장부(140,150)에 저장된 소스물질을 모두 챔버(20)로 공급하는 과정은 다음과 같다. 먼저 제2 밸브(132)를 닫고 제1,3 밸브(131,133)을 열어서 제1,2 저장부(140,150)에 소스물질을 채운다. 이어서 제1밸브(131)를 닫고 제2 밸브(132)를 열면 제1,2 저장부(140,150)에 저장된 소스물질이 한꺼번에 챔버(20)로 공급된 다.
만일 하나의 저장부, 예를 들어 제2 저장부(150)에 저장된 소스물질을 챔버(20)로 공급하고자 하면, 먼저 제2 밸브(132)를 닫고 제1,3 밸브(131,133)를 열어서 제1,2 저장부(140,150)에 소스물질을 채운다. 이어서 제3 밸브(133)를 닫고 제2 밸브(132)를 열면 제2 저장부(150)에 저장된 소스물질만이 챔버(20)로 공급된다.
여기서 소스물질이 챔버 내부로 공급된 후 제2 밸브(132)를 닫고 제3 밸브(133)를 열면 인접한 제1 저장부(140)에 저장되어 있던 소스물질이 곧바로 제2 저장부(150)로 공급되므로 소스물질의 충전주기를 앞당길 수 있는 장점이 있다.
도 4와 같이 제1,2 저장부(140,150)가 병렬로 연결된 경우에 있어서 하나의 저장부, 예를 들어 제1 저장부(140)에 저장된 소스물질을 챔버(20)로 공급하고자 하면 제4,5 밸브(134,135)는 닫아두고 제1,2 밸브(131,132)만 개폐하면 된다.
만일 2개의 저장부에 포집된 소스물질을 모두 챔버(20)로 공급하는 경우에는 제2,5 밸브(132,135)는 닫고 제1,4 밸브(131,134)를 열어서 소스물질을 제1,2 저장부(140,150)에 저장한다. 이어서 제1,4 밸브(131,134)를 닫고 제2,5 밸브(132,135)를 열면 제1,2 저장부(140,150)의 소스물질이 모두 챔버(20)로 공급된다.
각 밸브(131,132,133,134,135)의 개폐주기는 소스물질의 종류에 따라 다르지만 박막형성방법에 따라서도 달라진다. 예를 들어 CVD법에 의하여 증착이 이루어지는 경우인지 또는 ALD법에 의하여 증착이 이루어지는 경우인 여부에 따라서 소스물질의 공급주기가 달라진다. CVD법은 소스물질과 반응물질을 챔버(20) 내부로 동시에 분사하고, ALD법은 먼저 소스물질을 분사하여 기판에 증착시킨 다음 일단 챔버 내부를 퍼지시킨 이후에 반응물질을 분사하므로 양자의 소스물질 공급주기가 서로 다르기 때문이다.
한편 챔버(20)로 유입되는 소스물질의 양을 일정하게 유지하기 위하여, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 저장부(140,150)와 챔버(20) 사이에 니들밸브(neeldle valve) 또는 오리피스(orifice) 등과 같은 유량조절기(160)를 별도로 설치하여 소스물질이 시간대비 적당한 압력기울기를 가지도록 하는 것이 바람직하다.
이상에서는 반도체소자 제조장치에 사용되는 가스공급장치를 설명하였으나, 반도체제조장치와 유사한 공정이 적용되는 액정표시장치 등과 같은 평면표시장치의 제조장치에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따르면 버블러를 이용하여 챔버 내부로 소스물질을 공급하는 가스공급장치에 있어서, 버블러에 저장된 소스물질의 잔량에 관계없이 항상 일정한 양의 소스물질을 챔버 내부로 공급할 수 있기 때문에 공정재현성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
Claims (7)
- 소스물질을 기화시키는 버블러;기판을 처리하는 챔버;상기 버블러와 상기 챔버를 연결시키는 가스공급관;상기 가스공급관에 설치되는 저장부;상기 버블러와 상기 저장부 사이에 설치되는 제1 밸브;상기 저장부와 상기 챔버 사이에 설치되는 제2 밸브;를 포함하는 가스공급장치
- 제1항에 있어서,상기 저장부는 2개 이상이 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스공급장치
- 제2항에 있어서,상기 저장부가 직렬로 연결되는 경우에 각 저장부의 사이에는 제3 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스공급장치
- 제1항에 있어서,상기 버블러와 상기 챔버 사이에 1개 이상의 유량조절기가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스공급장치
- 제4항에 있어서,상기 유량조절기는 니들밸브 또는 오리피스(orifice)인 것을 특징으로 하는 가스공급장치
- 제1항에 있어서,소스물질의 응축을 방지하기 위하여 상기 가스공급관과 상기 저장부의 주위에는 가열수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 가스공급장치
- 소스물질을 기화시키는 버블러; 기판을 처리하는 챔버; 상기 버블러와 상기 챔버를 연결시키는 가스공급관; 상기 가스공급관에 설치되는 저장부; 상기 버블러와 상기 저장부 사이에 설치되는 제1 밸브; 상기 저장부와 상기 챔버 사이에 설치되는 제2 밸브를 포함하는 가스공급장치를 이용하여 상기 챔버로 소스물질을 공급 하는 방법에 있어서,상기 제1 밸브를 열고 상기 제2 밸브를 닫는 단계;상기 버블러에서 기화된 소스물질을 상기 저장부에 저장하는 단계;상기 제1 밸브를 닫고 상기 제2 밸브를 열어 상기 저장부의 상기 소스물질을 상기 챔버로 공급하는 단계;를 포함하는 가스공급방법
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